第一章 绪论坐标变换

1、功率变换器 控制技术内蒙古工业大学电力学院内蒙古工业大学电力学院刘广忱刘广忱 副教授副教授/ /博士博士Tel:3602321Tel:3602321MPMP：1364471767813644717678E-mail: E-mail: 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE2专业方向中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE3目前在研中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELEC

2、TRIC POWER RESEARCH INSTITUTE4目前在研中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE5目前在研中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE6目前在研中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE7如何做研究工作好奇好奇大胆探索大胆探索敢敢于于冒冒险险挑挑战战权权威威自信自信意意志志坚坚强强中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC

3、POWER RESEARCH INSTITUTE8如何做研究工作善善用用一一切切可可利利用用的的资资源源勇勇于于挑挑战战新新的的高高度度！中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE9如何做研究工作行为养成习惯行为养成习惯习惯造就性格习惯造就性格性格决定命运性格决定命运中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE10课程简介qPEMC专业有较为良好的发展前景专业有较为良好的发展前景qPEMC专业有较为灵活的适应性专业有较为灵活的适应性qPEMC专业有较

4、为良好的外国大学专业有较为良好的外国大学offerqPEMC专业有较为广泛的就业机会专业有较为广泛的就业机会Power Electronics and Motion Control (PEMC)中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE11课程简介q器件：材料是基础，工艺是手段；q线路：新型拓扑结构，软开关、多电平；q控制：在了解被控对象的基础上，提出新的方法。 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE12课程简介一个核心技术一个核心技术三个基本

5、特征三个基本特征五个发展方向五个发展方向多种应用领域多种应用领域现代电力现代电力电子技术电子技术中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE13课程简介一个核心技术一个核心技术电源电源变频电源变频电源定频电源定频电源开关电源开关电源谐波电源谐波电源无功电源无功电源中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE14课程简介三个基本特征三个基本特征电能处理与节能电能处理与节能弱电控制强电弱电控制强电高技术的支撑高技术的支撑中国电力科学研究院中国电力科学研究院

6、 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE15课程简介五个发展方向五个发展方向高功率密度高功率密度高压大功率高压大功率高功率因数高功率因数高性能高性能高频高效高频高效中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE16课程简介多种应用领域多种应用领域 电源系统电力系统储能系统现代交通系统 电气传动系统中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE17课程简介计算机网络PEMC计算机计算机神经肌肉大脑中国电力科学研究院中国

7、电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE18课程简介电力电子技术电力电子技术 现代电力电子技术现代电力电子技术 打牢基础打牢基础功率变换器控制技术功率变换器控制技术 拓宽视野拓宽视野功率变换器控制技术功率变换器控制技术深入理论深入理论中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE19相关学术资源国内著名杂志和会议中国电机工程学报 电工技术学报 电机与控制学报 电力系统自动化 电力自动化设备高电压技术 电力电子技术电气传动微特电机中国电力电子与电力传动学术会议，中国电力电子

8、学会年会，中国电气自动化学术年会中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE20相关学术资源国外著名杂志和会议IEEE Trans. On Power Electronics, Industry Application, Industry ElectronicsIEE Proceeding Part B Electrical Power System & Application, EPE Journal IEEE Annual Meeting PESC, IAS, IECON, POWERCON；欧洲EPE，PCIM，IC

9、EM，PEMC；日本IPEC，PCC；新加坡PEDS,IPEC； 韩国ICPE；中国IPEMC，ICEMS；印度、巴西IPEC中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE21参考书目1、李永东交流电机数字控制系统2、陈坚 交流电机数学模型及调速系统3、阮毅 运动控制系统4、李崇坚 交流同步电机调速系统5、陈伯时 电力拖动自动控制系统6、B. K. Bose Modern Power Electronics and ACDrives 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEAR

10、CH INSTITUTE22课程主要内容以异步电动机作为被控对象，研究功率变换器控制技术。长期以来直流电动机因其良好的动、静态调速性能，一直广泛应用于高性能的调速领域。这主要是因为直流电机具备如下三个条件：（1）定子磁极能够产生一个稳定的直流磁场；（2）转子电枢绕组能够在空间产生一个稳定的电枢磁势，并且电枢磁势与磁场总能够保持相对垂直，产生转矩最有效；（3）励磁电流与电枢电流在各自回路中，可以分别加以控制。中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE23课程主要内容中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELEC

11、TRIC POWER RESEARCH INSTITUTE24课程主要内容1971年，美国年，美国P.C.Custman和和A.A.Clark申请的专利申请的专利“感应电机定子电压感应电机定子电压的坐标变换控制的坐标变换控制”，同年德国西门子公司的，同年德国西门子公司的F.Blasche等提出的等提出的“感应电机感应电机磁场定向的控制原理磁场定向的控制原理”，奠定了矢量控制的基础。矢量控制又称磁场定向控，奠定了矢量控制的基础。矢量控制又称磁场定向控制（制（Field Orientation），即把磁场矢量的方向作为坐标轴的基准方向，），即把磁场矢量的方向作为坐标轴的基准方向，电机电流矢量的大小

12、、方向均用瞬时值来表示。电机电流矢量的大小、方向均用瞬时值来表示。F. Blaschke 的想法是考虑的想法是考虑到异步电机是一个多变量、强耦合、非线性的时变参数系统，很难直接通过到异步电机是一个多变量、强耦合、非线性的时变参数系统，很难直接通过外加信号准确控制电磁转矩，但若以转子磁通这一旋转的空间矢量为参考坐外加信号准确控制电磁转矩，但若以转子磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标轴系到旋转坐标轴系之间的变换，则可以把定子电流中标，利用从静止坐标轴系到旋转坐标轴系之间的变换，则可以把定子电流中的励磁电流分量和转矩电流分量分解成两个垂直的直流变量，并分别进行控的励磁电流分量和转矩电流

13、分量分解成两个垂直的直流变量，并分别进行控制。这样，通过坐标变换重建的电动机模型就可以等效为一台直流电机，从制。这样，通过坐标变换重建的电动机模型就可以等效为一台直流电机，从而可以模仿直流电机的控制策略进行快速的转矩和磁通控制。而可以模仿直流电机的控制策略进行快速的转矩和磁通控制。中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE25课程主要内容中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE26课程主要内容19841984年由德国学者年由德国学者M.Depen

14、brockM.Depenbrock教授首先提出了对异步电教授首先提出了对异步电机实现直接转矩控制的理论，随后日本学者机实现直接转矩控制的理论，随后日本学者I.TakahashiI.Takahashi也也提出了类似的控制方案。与矢量控制不同，直接转矩控制摒提出了类似的控制方案。与矢量控制不同，直接转矩控制摒弃了解耦思想，取消了坐标变换，通过电压空间矢量来控制弃了解耦思想，取消了坐标变换，通过电压空间矢量来控制定子磁通的旋转速度，控制定子磁通走走停停，以改变定子定子磁通的旋转速度，控制定子磁通走走停停，以改变定子磁通的平均旋转速度，从而改变定子磁通的夹角以达到控制磁通的平均旋转速度，从而改变定子磁

15、通的夹角以达到控制电磁转矩的目的。电磁转矩的目的。中国电力科学研究院中国电力科学研究院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE27课程主要内容1 1、交流电机的多变量数学模型、交流电机的多变量数学模型2 2、转差频率控制系统（原理、构成、存在的问题）、转差频率控制系统（原理、构成、存在的问题）3 3、矢量变换控制系统（原理、不同定向方式的系统构成、矢量变换控制系统（原理、不同定向方式的系统构成、性能分析、存在的问题、解决方案、值得探讨的问题等）性能分析、存在的问题、解决方案、值得探讨的问题等）4 4、直接转矩控制系统（原理、不同定向方式的系统构成、直接转矩控制系统（原理、不同定向方式的系统构成、性能分析、