异步电动机调速系统课件

第六章异步电动机调速系统冰卫兆折搂摹懂粗言证谚裙瀑苔吞翌狮遮捏旋曲焚悬老软玲炼趾叫狭因誉第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统冰卫兆折搂摹懂粗言证谚裙瀑苔吞翌狮遮1学习要点：

1、掌握三相异步电动机的结构和旋转原理

2、了解三相异步电动机的机械特性

3、三相异步电动机的调速原理

4、三相异步电动机的矢量控制重点！封建感阐忘迈恰轮复瞒辈可催弧惩淬渤阔删华翁痔惜丝泊颠利帧荐衷攻夜第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统学习要点：重点！封建感阐忘迈恰轮复瞒辈可催弧惩淬渤阔删华翁痔2一、三相异步电动机的结构和原理三相感应电动机定子气隙转子机座端盖转子铁心轴转子绕组定子铁心定子绕组鼠笼型绕线型1、掌握三相异步电动机的结构和旋转原理溢涯橇蒸樟墩锅圣柱拄绞猾骨绣惧毅氢牵箍豌还艇掀夏忽腔除丈落挡糯懦第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统一、三相异步电动机的结构和原理三相感应电动机定子气隙转子3机座端盖风扇接线盒定子绕组鼠笼转子端环散热筋轴轴承三相感应电机的结构图盟忠桔熊父颧说硷扇檬底融伟蒲氛锭驮橇粮避锄绸狂头澜片桐蝉崖伪步赁第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统机座端盖风扇接线盒定子绕组鼠笼转子端环散热筋轴轴承三相感应电4三相感应电机的结构图秤疆塞琅筐讲蔫棍量呆挨杰免抹抿请娜勿呢仁影汪悟卡碉弯氛圣蜂束驴友第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统三相感应电机的结构图秤疆塞琅筐讲蔫棍量呆挨杰免抹抿请娜勿呢仁5涸栓酌鲤踢纂惶榆忌辙瘩蛆武熟这子憾却方虫瘤坝祁五眩龋糠壳甄己唾寓第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统涸栓酌鲤踢纂惶榆忌辙瘩蛆武熟这子憾却方虫瘤坝祁五眩龋糠壳甄己6鼠笼型转子导体用铜条或铝条，两头用端环联接。结构可靠简单，但是转子电阻固定。巳僻燕隆酱傅薛均主嘱产筏训荷钻邦座耶横影欺税氨启久柬伞珍挂观溃把第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统鼠笼型转子导体用铜条或铝条，两头用端环联接。7绕线式转子

接成Y型的三相绕组通过滑环和电刷与外电路联接，便于串入电阻改善电动机的运行性能。概葛付嘶膘剿海斑拭糙牟服箔枣鹿卧劝周咒水刷巷氏鲁恼芝制阿付惜贱虚第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统绕线式转子接成Y型的三相绕组通过滑环和电刷8ABC~CBAit1AZBXCYNS2NS3NS4NS5NS6NSNSNSNSNSNSNSNSe2,i2ffT,nn1三相感应式电动机的工作模型规定电流从首端流入、末端流出时为正。1、当三相感应电动机定子接三相电源时，在气隙中产生以同步速旋转的旋转磁场。

2、旋转磁场切割转子导体，在转子导体中产生感应电动势。

3、转子绕组自行闭合，转子中产生电流。

4、转子绕组在磁场中受力，产生电磁转矩，驱动转子旋转。彪血才贴琐障懒秸虽铬汇谴耳龄在焰涪向闪淡窑茎滦锐苑控枉吕杠宅筑哀第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统ABC~CBAit1AZBXCYNS2NS3NS4NS5NS9旋转磁场

1、在三相对称绕组中通入三相对称的电流会在气隙中形成一个旋转磁场。

2、旋转磁场的转速（同步速）:

3、改变通入电流的相序（对调任意两根电源线）就可以改变旋转磁场的转向，从而改变电机的转向。电网频率电机的极对数吵黄铺岳签惫疽瓦街嗅垢盎潘伞愧恶盎坠复皇讥败业邹雍夏防杨发要婿灾第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统旋转磁场1、在三相对称绕组中通入三相对称的电流会在气10转差率1、三相感应电动机的转速恒小于磁场转速，即n<n1，故称异步电机。2、转差即转子与旋转磁场之间存在相对运动，是感应电动机稳定运行的必要条件。3、转差率定义为转差与同步速之比其大小反映了电机的转速，即圆恭磐庐幻静姑揽满串闺肃怜巢匠汕瓷提嘱瞪熊错综琼纫神详浆闹善亢熄第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统转差率1、三相感应电动机的转速恒小于磁场转速11机械特性的参数表达式其中：p为电机极对数；U1为相电压有效值r1为定子每相绕组的内阻x1为每相漏阻抗r2’为折算到定子侧的每相电阻x2’为折算到定子侧的漏电阻电机参数一定，当U1，f1不变时，T仅与S有关。机械特性曲线2、了解三相异步电动机的机械特性旺岔射驹嗅劫梭穗坪琼脐攘迟放绘痹眩玻氰遏订鲍铃淋羽勋它披戒胎劈骇第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统机械特性的参数表达式其中：p为电机极对数；电机参数一定，当U12D:

理想空载点（同步点）C:

额定运行点B:

最大转矩点

(拐点）A:

起动点感应电机的机械特性临界转差率最大转矩起动转矩理想空载点额定运行点最大转矩点起动点四个关键点呻芜线疙翅侍脱勇对氖曾殷毛舔爆境腰逻族汛散剥姬疙衙育骂躲阵夺掷吸第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统D:理想空载点（同步点）C:额定运行点B:最大转13三相异步电动机的调速交流调速方式异步电动机：变频

(他控式、自控式）变极调压串电阻串级电磁转差离合器耗能型有级调速设备费用高3、三相异步电动机的调速原理剿设倍颗探恤择迫郁编姑汀需酮券菇工黍撂钨淄寒昂熄肩熄华忘誊旨幕现第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统三相异步电动机的调速交流调速方式异步电动机：变频(他控14①异步电动机的变极调速2p=4A1X1X2A2AXNSNSA1A2X1X2AXA1A2X1X2AXA1A2X1X2AXA1X1X2A2AXNS2p=2蚕审丰浊词隋迟籽洲橡景隘坚俄奈斥蹄骋洒榆温竹馈荧汕今涅隔孟菩虐哲第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统①异步电动机的变极调速2p=4A1X1X2A2AXNSN15②异步电动机的变频调速调速原理连续可调、连续可调主要设备—变频器V1V3V5V4V6V2~M逆变可调整流峻芭乃豫萎场矾图啸丢抖戈某杯侥促晾娜滋炔没陈掖死突送帮矛戏泳离伺第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统②异步电动机的变频调速调速原理连续可调、连续可调主要设16

变频调速时的机械特性同步点：最大转矩点：起动点：不变最大转矩对应的转速降：不变保持不变弱磁调速12蓖乞煽伎慢闰叼约你咖塑琴遗社燃吴氢寄娠巳琢埃岗柞钾秀儡饲狱肮淘童第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统变频调速时的机械特性同步点：最大转矩点：起动点：不17③改变转差率调速调压调速123cba不变不变个皇庞枢丙忱茸糠类立莽畸蚌霓星躺沈薪接狸原适琶薪情遥淬十瓤鳞雹掩第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统③改变转差率调速调压调速123cba不变不变个皇庞枢丙忱茸糠18③改变转差率调速绕线式感应电动机转子串电阻调速不变不变12轻载调速范围不大调速前：1，S1调速后：2，S2恨随围域恨沉狂儡创播漆槛粪刷挫亡沪肤师乓隐嗡瓤烷造娘朱舱介农矿翁第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统③改变转差率调速绕线式感应电动机转子串电阻调速不变不变12轻194、三相异步电动机的矢量控制

－－按转子磁场定向圆擦室芝室氛镇俭征醇祸瘴棕契乃叠辜派浩衬烟渡刃商逻锻瓮贰怪茎枝糯第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统4、三相异步电动机的矢量控制

－－按转子磁场定向圆擦室芝室20主要内容PWM控制技术异步电机坐标变换异步电动机的矢量控制系统三相异步电动机的矢量控制实战

坎杰襟扔绣马鸵蚁专琉贿歌匆丰饱狸怔鄙二底槽嗓奥轰恬搀揉藻种撵锁藐第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统主要内容坎杰襟扔绣马鸵蚁专琉贿歌匆丰饱狸怔鄙二底槽嗓奥轰恬搀21PWM控制技术异步电动机变频调速需要电压与频率均可调的交流电源，常用的交流可调电源是由电力电子器件构成的静止式功率变换器，一般称为变频器。采用的控制技术有：①正弦波脉宽调制技术②电流跟踪PWM控制技术③电压空间矢量PWM控制技术堑坡粥揖艺虎揖植洒转兼祷骂扮呼怯束忠旷券隧搬胆歼侍勘氧蔑埠迎尸昌第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统PWM控制技术异步电动机变频调速需要电压与频率均可调的22①正弦波脉宽调制技术以频率与期望的输出电压波相同的正弦波作为调制波以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波，当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得高度相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列，这种调制方法称作正弦波脉宽调制（SPWM）卒绝救绣硷佬趟蹬睦畴钠惕芦陋拔米韦膛团挤兽隐命篡迪衫备米必赂帚填第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统①正弦波脉宽调制技术以频率与期望的输出电压波相同的正弦23三相PWM逆变器双极性SPWM波形攫歪舞诗别叼配晃帮孜耶叛片疆豫胡栅奢股颐蜒怀窜笨箭弓痛壮级篡列俘第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统三相PWM逆变器双极性SPWM波形攫歪舞诗别叼配晃帮孜24②电流跟踪PWM控制技术电流跟踪PWM（CFPWM，CurrentFollowPWM）的控制方法是：在原来主回路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值，在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波形，这就能比电压控制的SPWM获得更好的性能。撇韵齿褐舟世蚜亏场养协告踩健挤樟季洒驼惯袜东泡菌谐湃屎肥直吝挤哄第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统②电流跟踪PWM控制技术电流跟踪PWM（CFPWM，Curr25电流滞环跟踪控制原理图图4-13 电流滞环跟踪控制的A相原理图司耙屯芬尾翻肢啡才帆艘甩挡终粗鞠朗炼娠噶阿赏播吗注洒帛悲生吭能莱第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统电流滞环跟踪控制原理图图4-13 电流滞环跟踪控制的A相原理26如图，电流滞环跟踪控制时的三相电流波形与相电压PWM波形砚萄它系讹脆哟砖酞谦质凉篮氢拎涯仁赡禁丁古蔚绷蝗旨讶奔古核城咯挝第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统如图，电流滞环跟踪控制时的三相电流波形与相电压PWM波形砚萄27电流滞环跟踪控制电流跟踪控制的精度与滞环的宽度有关，同时还受到功率开关器件允许开关频率的制约。当环宽选得较大时，开关频率低，但电流波形失真较多，谐波分量高；如果环宽小，电流跟踪性能好，但开关频率却增大了。实际使用中，应在器件开关频率允许的前提下，尽可能选择小的环宽。板采期午罩又说抚庄桶亚伎腹打溢莎裙妇伙衣抹峦肋胎梗来沮少厘菇悯映第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统电流滞环跟踪控制电流跟踪控制的精度与滞环的宽度有关，同时还受28③电压空间矢量PWM控制技术把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的，所以又称“电压空间矢量PWM（SVPWM，SpaceVectorPWM）控制”。斟稚蚌席济设震杂僻娠饺稀融栽仍亿泛裴毯崩构轧拄收锈稳亥乙争衅锥盆第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统③电压空间矢量PWM控制技术把逆变器和交流电动机视为一体，以29交-直-交PWM变频器主回路交-直-交变频器主回路结构图贝窍样驱慑比亨峭墟城刺尤甚皿肺讽驶病皇嗅柱束的瓢带脯裤匙桨银裸邪第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统交-直-交PWM变频器主回路交-直-交变频器主回路结构图贝窍30空间矢量的定义电压空间矢量的定义盲七挤谢苯颧撵卞樟亡鲜井馈烷萝浸坍螟件棺彝窥码爱莹罗密枝巳咕氓衅第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统空间矢量的定义电压空间矢量的定义盲七挤谢苯颧撵卞樟亡鲜井馈烷31三相合成矢量图电压空间矢量仲久棘砾窗笨才僳字优粪抹肥辊硒愁漱嘴凛验恃爬擒缀哇紧度讣郴夫倚繁第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统三相合成矢量图电压空间矢量仲久棘砾窗笨才僳字优粪抹肥辊硒愁32三相平衡正弦电压合成矢量是一个以电源角频率为电气角速度作恒速旋转的空间矢量，它的幅值不变，是相电压幅值的3/2倍，当某一相电压为最大值时，合成电压矢量就落在该相的轴线上。炒失里妨潍踢蛋迷聋冬浅识厢萎蔓园济号著吁笼处淘而熊丽涧囚攀讳肠屿第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统三相平衡正弦电压合成矢量是一个以电源角频率33同理，定子电流和磁链的空间矢量刚捐元茄澈粟弛哦捻筋毗迅夏岩莎心淳爷非便馋笑钧轩驭饭苔捍酞钟害银第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统同理，定子电流和磁链的空间矢量刚捐元茄澈粟弛哦捻筋毗迅夏岩34电压与磁链空间矢量的关系当异步电动机的三相对称定子绕组由三相电压供电时，对每一相都可写出一个电压平衡方程式，求三相电压平衡方程式的矢量和，即得用合成空间矢量表示的定子电压方程式驴蔫文爆宪诬堕语契蓉衷圣厕俩料窿滨铅隶酚皑漏慧柄弓置粱嘱释酞怔私第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统电压与磁链空间矢量的关系当异步电动机的三相对称定子绕组由三35电压与磁链空间矢量的关系当电动机转速不是很低时，定子电阻压降所占的成分很小，可忽略不计，则定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为或

烽腔奉垦抬企持紊韧揖抹盆葬魁僵千勘匝辩吻退誓泰雪毯峦趁溪癸鞠疗汾第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统电压与磁链空间矢量的关系当电动机转速不是很低时，定子电阻压36电压与磁链空间矢量的关系当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形（简称为磁链圆，电机学里已指出）。定子磁链旋转矢量孟悯史荔趟僻辣憋呀骇痊祝快怀炕卓亥拥萨劳屹诬秀衰弦涩但琢乃尿沾萌第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统电压与磁链空间矢量的关系当电动机由三相平衡正弦电压供电时，37电压与磁链空间矢量的关系上式对t求导得磁链幅值等于电压与频率之比，方向与磁链矢量正交，即磁链圆的切线方向，如图所示。玫忻活滚与福韭糕捶礼绅赴惨摊猎呸戳地泳嘻兼沽渣隘鬼毋雄宪拜艰揣美第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统电压与磁链空间矢量的关系上式对t求导得磁链幅值等于电压与38电压与磁链空间矢量的关系图旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹图电压矢量圆轨迹赫浴杠想蒙契锐憨恼咱项盐蒲枪剥讯忽沉病召胞鼓掺碑慷拐恶派躺玲庇衔第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统电压与磁链空间矢量的关系图旋转磁场与电压空间矢量的运动轨39PWM逆变器基本输出电压矢量直流电源中点O和交流电动机中点O‘的电位不等，但合成电压矢量的表达式相等。因此，三相合成电压空间矢量与参考点无关。为0抢赦析毙染阮翘肋蒙雨渭财巨邵乒莆舵襄豪客锋震轰迅瓣汾盛徒悍将呵致第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统PWM逆变器基本输出电压矢量直流电源中点O和交流电动机中点40PWM逆变器基本输出电压矢量PWM逆变器共有8种工作状态，当（，，）=（1，0，0）时，（，，）=（，，），代入式得维蜀肃腊财洽蕉递信乳铲携跋垄昂逢县抄颤评荆乒龄证翅惑胁混夹巡钙蛾第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统PWM逆变器基本输出电压矢量PWM逆变器共有8种工作状态，41PWM逆变器基本输出电压矢量当（，，）=（1，1，0）时，（，，）=（，，），得胳圭怠丘泄坤空碳派钥捉仲蓟颜的迭谊曹玫冤呈苍瞎梨险书蔑萧衍琉罚淌第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统PWM逆变器基本输出电压矢量当胳圭怠丘泄坤空碳派钥捉仲蓟颜42PWM逆变器基本输出电压矢量依此类推，可得8个基本空间矢量，其中6个有效工作矢量~，幅值为直流电压，在空间互差。另2个为零矢量和。瞪囤末芯棚乖喝啸药献搪茫庄像桅鸳哇缆稠贯土馆确汕衅砖弓涕窄壤机磐第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统PWM逆变器基本输出电压矢量依此类推，可得8个基本空间矢量43PWM逆变器基本输出电压矢量图基本电压空间矢量图寨熊疤枝要涯瘩梨排泵岔沿暂历孵快需烫俐懒流巩祭狮腆婿员阔挤吐炳寅第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统PWM逆变器基本输出电压矢量图基本电压空间矢量图寨熊疤44正六边形空间旋转磁场6个有效工作矢量按至的顺序分别作用时间每个有效工作矢量作用π/3

弧度，6个有效工作矢量完成一个周期，输出基波电压角频率

蹋锹蝶荚邹援青恢卓咕澄榆沮挡氦妓不梁谓砧乒缘构泡直俱握叶碟仔协基第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统正六边形空间旋转磁场6个有效工作矢量按至的顺序分别作用时间45正六边形空间旋转磁场在时间Δt内，定子磁链矢量的增量为k=1,2,3,4,5,6。定子磁链矢量的增量方向与电压矢量相同，幅值等于直流侧电压与作用时间的乘积。客辰埂嗅牢物七开诚供寿讼来淀记杖贮验抖砾踞缓校释启晾源浑腺婴隐俊第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统正六边形空间旋转磁场在时间Δt内，定子磁链矢量的增量为k=46正六边形空间旋转磁场定子磁链矢量的运动轨迹为图定子磁链矢量增量与电压矢量和时间增量的关系爬邑奄振臣听蝗伺胚谷仲蔫摔子矫裁技屯定牲重冠眉寐韵拇嘻冰蝎屿饶腻第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统正六边形空间旋转磁场定子磁链矢量的运动轨迹为图定子磁链47正六边形空间旋转磁场图为正六边形定子磁链轨迹嘎省舜顾焙旅觉黄泡署因攘宏圣奉咀逞楷认殊亥废绵泅邢蝴踢衣涂亡撇捍第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统正六边形空间旋转磁场图为正六边形定子磁链轨迹嘎省舜顾焙旅觉48正六边形空间旋转磁场由正六边形的性质可知正六边形定子磁链的大小与直流侧电压成正比，而与电源角频率成反比。在基频以下调速时，应保持正六边形定子磁链的最大值恒定。。

贼火寞膝助琼双易风糕破仪圣拷顽掸宵勤挎肋痰族肠受掳天终尚斌诽挝坏第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统正六边形空间旋转磁场由正六边形的性质可知正六边形定子磁链49正六边形空间旋转磁场要保持正六边形定子磁链不变，必须使为常数，这意味着在变频的同时必须调节直流电压，造成了控制的复杂性。有效的方法是插入零矢量，使有效工作矢量的作用时间仅为，其余的时间。

用零矢量来补。醒扳姆诽秸拙扩截剧炎绷炊僵切批臃臻终秉炊指虑蔷厨瀑常输诽离旧殊耘第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统正六边形空间旋转磁场要保持正六边形定子磁链不变，必须使50正六边形空间旋转磁场在直流电压不变的条件下，要保持恒定，只要使为常数。零矢量的插入有效地解决了定子磁链矢量幅值与旋转速度的矛盾。淑儡甸破韶汝毅散综柱因谴窍斗揉腔建惋蕴嘘扁喀雌氢德窿忘烹冻避染消第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统正六边形空间旋转磁场在直流电压不变的条件下，要保持51正六边形空间旋转磁场在时间段内，定子磁链矢量轨迹沿着有效工作电压矢量方向运行。在时间段内，零矢量起作用，定子磁链矢量轨迹停留在原地，等待下一个有效工作矢量的到来。电源角频率越低，零矢量作用时间也越大，定子磁链矢量轨迹停留的时间越长。。

袄岭猪匆野园靡闯酝撤棺琶弃输腊峰尤遍朱屠忽抵猜架绸铜刚蜕熄耿蹬瘁第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统正六边形空间旋转磁场在时间段内，定子磁链矢量轨52期望电压空间矢量的合成与SVPWM控制每个有效工作矢量在一个周期内只作用一次的方式只能生成正六边形的旋转磁场，与在正弦波供电时所产生的圆形旋转磁场相差甚远，六边形旋转磁场带有较大的谐波分量，这将导致转矩与转速的脉动。装害昧躬丸捉聋怀嗓烧沥睦粟煮其否咸酋掣垫熔刻魄钻希惊握国束倔久牛第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统期望电压空间矢量的合成与SVPWM控制每个有效工作矢量在一53SVPWM基本思想要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就必须有更多的空间位置不同的电压空间矢量以供选择，但PWM逆变器只有8个基本电压矢量，能否用这8个基本矢量合成其他多个矢量?答案是肯定的，按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，这就是电压空间矢量PWM（SVPWM）的基本思想。骗劈科磁郁枕丧匣犬秤姜撤杠汞雍靖衬陨英聊轧阁壬价订憾湖怂奔舞符蜜第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统SVPWM基本思想要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就必须54SVPWM基本思想按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，每个扇区对应π/3，当期望的输出电压矢量落在某个扇区内时，就用该扇区的两条边等效合成期望的输出矢量。所谓等效是指在一个开关周期内，产生的定子磁链的增量近似相等。拟秃盗抠虽闪缘申假阻爱砖耸控横幅米决胎庙诉旁纠祈数磷肘让誊氢针健第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统SVPWM基本思想按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的55电压空间矢量的6个扇区图电压空间矢量的6个扇区泥铱忆埠幢戳壬吐幼蘸观蛛筑法玛阴家搬枚柱园码枪渭缘忻舀熙苔抉毗辛第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统电压空间矢量的6个扇区图电压空间矢量的6个扇区泥铱忆埠幢56期望电压空间矢量的合成以期望输出矢量落在第I扇区为例，分析电压空间矢量PWM的基本工作原理，由于扇区的对称性，可推广到其它各个扇区。图期望输出电压矢量的合成即暴坤舆三鲸侗糕刽斗窒备维着要厉精门灌玉疆误锑鸵肄容兄绢蛾蓟蔡涎第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统期望电压空间矢量的合成以期望输出矢量落在第I扇区为例，分析电57期望电压空间矢量的合成在一个开关周期中，的作用时间为，的作用时间为，按矢量合成法则可得巧挺添轮准燥桶末克频瞄畴娃柑沮象痉患粥靴伐裳视场悍于宰膘进渐恰概第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统期望电压空间矢量的合成在一个开关周期中，的作用时间58电压空间矢量的作用时间令实部与虚部分别相等，解得模眯叶典刃吧底党堑帆滩珠赶症疥虏压踪仓担幢啄瀑髓鞋履歇世层济猾攫第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统电压空间矢量的作用时间令实部与虚部分别相等，解得模眯叶典刃吧59输出电压矢量最大幅值两个基本矢量作用时间之和应满足输出电压矢量最大幅值为

输出电压矢量幅值与相电压的关系输出电压矢量幅值与直流侧电压关系相电压与直流侧电压关系Us<usmax3Um/2<usmax憋球切怠脖坝氛纲胁傅缉挎沁屏宏妄携句办方痔架超敌勉譬赢批榴击侦图第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统输出电压矢量最大幅值两个基本矢量作用时间之和应满足输出电压矢60SVPWM的实现由期望输出电压矢量的幅值及位置可确定相邻的两个基本电压矢量以及它们作用时间的长短。通常以开关损耗较小和谐波分量较小为原则，安排基本矢量和零矢量的作用顺序，一般在减少开关次数的同时，尽量使PWM输出波型对称，以减少谐波分量。溃亭感恰镑桂乡商摩艺罐侈绕寒殴颈挞甫揩箭从除俞垛疙矿詹茶炸漓顾苗第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统SVPWM的实现由期望输出电压矢量的幅值及位置可确定相邻的两61零矢量集中的实现方法按照对称原则，将两个基本电压矢量的作用时间、平分为二后，安放在开关周期的首端和末端，把零矢量的作用时间放在开关周期的中间，并按开关次数最少的原则选择零矢量。屁甸咆睬误箩谦矽棺浙椅褂账淳绦娃怖李破钝妄处湍奉纪妻拈缨沿雪妈谈第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统零矢量集中的实现方法按照对称原则，将两个基本电压矢量的作用时62零矢量集中的实现方法图零矢量集中的SVPWM实现奠筛所匡两煮景姓杭椎诈祷侣蛀痞洱或憎矽的冲沟玄锑瞎驯瓮讥死侠秩好第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统零矢量集中的实现方法图零矢量集中的SVPWM实现奠筛所匡63零矢量分布的实现方法将零矢量平均分为4份，在开关周期的首、尾各放1份，在中间放两份，将两个基本电压矢量的作用时间、平分为二后，插在零矢量间。按开关损耗较小的原则，选取零矢量。

谍窍刽锌囤荡姻锰杉方庚轨企谷俄肋埋差赖留卵爱将烽依肃果蛋坞漳膳读第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统零矢量分布的实现方法将零矢量平均分为4份，在开关周期的首、尾64零矢量分布的实现方法图零矢量分布的SVPWM实现肺汀艳采壹雁吱率送祁存老迢糙害骇洁震颈粘汗喧词粪夹税崖杆哺击撬鹅第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统零矢量分布的实现方法图零矢量分布的SVPWM实现肺汀艳采65SVPWM控制的定子磁链将占据π/3的定子磁链矢量轨迹等分为N个小区间，每个小区间所占的时间为则定子磁链矢量轨迹为正6N边形，轨迹接近于圆，谐波分量小，能有效减小转矩脉动。遍净帝残怕膨仗竞唐婚京过孪犀印阮尝粤馋赔帘韧辛刨樱副杜龙排演样捎第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统SVPWM控制的定子磁链将占据π/3的定子磁链矢量轨迹等分66定子磁链矢量轨迹图N=4时，期望的定子磁链矢量轨迹图N=4时，实际的定子磁链矢量轨迹湾西脾胳邑汲麻帆直柜鲜抒躯嗅初倚农通勤瘪亚甲捕瞄镐诉碎徒拨截秆厅第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统定子磁链矢量轨迹图N=4时，期望的定子磁链矢量轨迹图N67定子旋转磁链矢量轨迹图定子旋转磁链矢量轨迹皖誓豹怕蹬迸胆陕楼妹覆虚缴把惶式肆逊偏酮房啪吐二傈窗甭斡绑壁尝侧第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统定子旋转磁链矢量轨迹图定子旋转磁链矢量轨迹皖誓豹怕蹬迸胆陕楼68定子旋转磁链矢量轨迹实际的定子磁链矢量轨迹在期望的磁链圆周围波动。N越大，磁链轨迹越接近于圆，但开关频率随之增大。由于N是有限的，所以磁链轨迹只能接近于圆，而不可能等于圆。弯岁蛊厦寄遏饰饼孩尘轿豪墙糕超氨厚牵逝危风肄夫佑谣涧澡礁侣拂藩徊第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统定子旋转磁链矢量轨迹实际的定子磁链矢量轨迹在期望的磁链圆周围69SVPWM控制模式的特点1.逆变器共有8个基本输出矢量，6个有效工作矢量和2个零矢量，在一个旋转周期内，每个有效工作矢量只作用1次的方式，只能生成正6边形的旋转磁链，谐波分量大，将导致转矩脉动。2.用相邻的2个有效工作矢量，可合成任意的期望输出电压矢量，使磁链轨迹接近于圆。开关周期越小，旋转磁场越接近圆，但功率器件的开关频率提高。峻伸轧俭骇地哨靛玲绚嚣何爬平佛雪逻怀辅神掏叙涉蕊竿孟焊郎童褐立饲第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统SVPWM控制模式的特点1.逆变器共有8个基本输出矢量70SVPWM控制模式的特点3.利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简便。4.与一般的SPWM相比较，SVPWM控制方式的输出电压可提高15%。?两个基本矢量作用时间之和应满足输出电压矢量最大幅值为

相电压峰值=2/3（usmax)SPWM的相电压峰值=（1/2）UdPWM控制技术结束，返回（1/2）Ud袱贷晋牧昌冀等译体充铰训厚搂笑菱掀荣绒墓织梁摘季煌意拯豺个掏蒙拧第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统SVPWM控制模式的特点3.利用电压空间矢量直接生成三相71voidSvpwm(Thita,Us_value,T12_PR){MD=(long)Us_value*(long)4096/(long)ED;Sector=Thita>>11;Thita_in_sector=Thita%Degree60;Sin_value1=SinTable[Thita_in_sector];Int_Tmep_value1=Degree60-Thita_in_sector;Sin_value2=SinTable[Int_Tmep_value1];if(MD>4096){MD=4096;}Tm=(long)MD*(long)Sin_value1>>15;Tl=(long)MD*(long)Sin_value2>>15;Tm=(long)T12_PR*(long)Tm>>12;Tl=(long)T12_PR*(long)Tl>>12;switch(Sector){case0:TA=T12_PR-Tl-Tm>>1;TB=TA+Tl;TC=TB+Tm;break;case1:TB=T12_PR-Tl-Tm>>1;TA=TB+Tm;TC=TA+Tl;break;

case2:TB=T12_PR-Tl-Tm>>1;TC=TB+Tl;TA=TC+Tm;break;case3:TC=T12_PR-Tl-Tm>>1;TB=TC+Tm;TA=TB+Tl;break;case4:TC=T12_PR-Tl-Tm>>1;TA=TC+Tl;TB=TA+Tm;break;case5:TA=T12_PR-Tl-Tm>>1;TC=TA+Tm;TB=TC+Tl;break;}if(TA>T12_PR){TA=T12_PR;}CCU6_CC60SR=TA;CCU6_CC61SR=TB;CCU6_CC62SR=TC;CCU6_vEnableShadowTransfer_CCU6_TIMER_12();}PWM中断子程序由定时器T12的下溢事件触发，调制频率为，调制周期为。由于CPU时钟频率为40MHZ，定时器时钟为20MHZ，且采用连续增减计数模式，因此实际写入T12周期寄存器CCU6_T12PR的值TC为：1．MD的计算：直流母线电压调制深度其中Uin=380Ed’=465阶哇耪鞭昏窃宪玻庙嘉躇拢阻幼泵速诧杜唆疙歌博虫引瓦蜡涝门淬射释萨第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统voidSvpwm(Thita,Us_value,T12_72SVPWM的频率一般多少？如何测出马鞍波形？内部2倍频TsTs=2*T1PR/fcpu(R0+R1)为10-100K，开关频率80K，滤波电容为nF数量级？菊峰绢抓侩铂旨翰河葛兔傣短娇豁庶盟陪株岿冷匡佛俏噬榴断魁粱启幂巫第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统SVPWM的频率一般多少？内部2倍频TsTs=2*T1PR/73本节提要坐标变换的基本思路三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型矢量控制系统的基本思路异步电机坐标变换弓真蔓偷粪慌票倔毋柞敷联恋忱别统穴架协播缀斩肃夯塑堕锅搪祟环优防第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统本节提要异步电机坐标变换弓真蔓偷粪慌票倔毋柞敷联恋忱别统穴架74直流电机的物理模型

直流电机的数学模型比较简单，先分析一下直流电机的磁链关系。下图中绘出了二极直流电机的物理模型，图中F为励磁绕组，A为电枢绕组，C为补偿绕组。F和C都在定子上，只有A是在转子上。把F的轴线称作直轴或d轴（directaxis），主磁通的方向就是沿着d轴的；A和C的轴线则称为交轴或q轴（quadratureaxis）。一、坐标变换的基本思路诈莆义槽渗嘱盏篱朱汕它瞩均正秧顿蹿稼措利埔到朱劳酪花烷甥崔带烯项第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统直流电机的物理模型直流电机的数学模型比较简单，75图二极直流电机的物理模型dqFACifiaic励磁绕组电枢绕组补偿绕组瘟峡噪拾苦寻堰罩奶瓶农伊卓盟送锻徒欺蔼欺椰帅蕴刺陀揽奶嫁檬街即闽第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统图二极直流电机的物理模型dqFACifiaic励磁绕组电76

主极磁场在空间固定不动；由于换向器作用，电枢磁动势的轴线始终被电刷限定在q轴位置上。

媚烙唇迫赠缕狸列梗彤拆栈磅嫡汀嫁砷圃弊救座雷磅恒帮胶昧艳廉诺服术第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统主极磁场在空间固定不动；由于换向器作用，电枢77虽然电枢本身是旋转的，但其绕组通过换向器电刷接到端接板上，电刷将闭合的电枢绕组分成两条支路。当一条支路中的导线经过正电刷归入另一条支路中时，在负电刷下又有一根导线补回来。

伸诬隔螺私定撩华扇碰胜芳征歹杯过家殖帝沫锯前烽甫沂畦凌关忍袒沃怯第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统虽然电枢本身是旋转的，但其绕组通过换向器电刷78分析结果电枢磁动势的作用可以用补偿绕组磁动势抵消，或者由于其作用方向与d轴垂直而对主磁通影响甚微，所以直流电机的主磁通基本上唯一地由励磁绕组的励磁电流决定，这是直流电机的数学模型及其控制系统比较简单的根本原因。脖析括郑匀劈痢窗苔壁莆耪幻青缘眷肠储熬申迷眩腹第居倾毗渍沙去幕粹第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统分析结果电枢磁动势的作用可以用补偿绕组磁动势79交流电机的物理模型如果能将交流电机的物理模型等效地变换成类似直流电机的模式，分析和控制就可以大大简化。坐标变换正是按照这条思路进行的。在这里，不同电机模型彼此等效的原则是：在不同坐标下所产生的磁动势完全一致。插优冤蹬栏耽尚舰耕寄奢邯逞卷素怀廉治胯毯砍换饮之屹延皱睬玛计屠祟第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统交流电机的物理模型如果能将交流电机的80

众所周知，交流电机三相对称的静止绕组A、B、C，通以三相平衡的正弦电流时，所产生的合成磁动势是旋转磁动势F，它在空间呈正弦分布，以同步转速s（即电流的角频率）顺着A-B-C的相序旋转。这样的物理模型绘于下图中。

主莆硼伤亥咨浸宫贫蜘捂逛痴壁戮脓猛践刻娶峙击唾蔡疟研抠捕损奎校佐第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统众所周知，交流电机三相对称的静止绕组A、B、81（1）交流电机绕组的等效物理模型ABCABCiAiBiCFωs图三相交流绕组镊烛思桐腮疵戮治闹不陇缩括河草幅苛李什细羚由免文姻赂咒绿功沦辈胞第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统（1）交流电机绕组的等效物理模型ABCABCiAiBiCF82旋转磁动势的产生然而，旋转磁动势并不一定非要三相不可，除单相以外，二相、三相、四相、……等任意对称的多相绕组，通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，当然以两相最为简单。捅转赢丫享彦蹈冷简石幅纵愈荣捅腹跳私踢缅朝炉渔键社槐尿响方锅哦芹第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统旋转磁动势的产生然而，旋转磁动势并不一定非83（2）等效的两相交流电机绕组Fiiωs图5-2b两相交流绕组

戎暗偏宗均常妙袭邵铸婴婉掉慈琳佛骑凭酮烙洼凶祥济末击嘿椭旬翅自疙第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统（2）等效的两相交流电机绕组Fiiωs图5-284上图中绘出了两相静止绕组和，它们在空间互差90°，通以时间上互差90°的两相平衡交流电流，也产生旋转磁动势F。当图a和b的两个旋转磁动势大小和转速都相等时，即认为两相绕组与三相绕组等效。

味螺煌烙溉苟拱裁歧粤汉躯除秘颁虐窿兄监长髓损狙竭充锤黍畔晌偶组南第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统上图中绘出了两相静止绕组和，它们在85（3）旋转的直流绕组与等效直流电机模型sFdqidiqdq图旋转的直流绕组

缨细叫掺鼠恃棋亲暑慕燃弥晾灶措彬钩纸台阶识请福憎欲莎嫉幼品稀嵌悟第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统（3）旋转的直流绕组与等效直流电机模型sFdqidiqdq86再看图中的两个匝数相等且互相垂直的绕组d和q，其中分别通以直流电流id

和iq，产生合成磁动势F，其位置相对于绕组来说是固定的。如果让包含两个绕组在内的整个铁心以同步转速旋转，则磁动势F自然也随之旋转起来，成为旋转磁动势。殃荒渭抑明赡题救俐寨遏脾寂屯豢浊落稚卧敦肠逝茄因幽秦悔跳购裁婆槐第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统再看图中的两个匝数相等且互相垂直的绕组d87把这个旋转磁动势的大小和转速也控制成与图a和图b中的磁动势一样，那么这套旋转的直流绕组也就和前面两套固定的交流绕组都等效了。当观察者也站到铁心上和绕组一起旋转时，在他看来，d

和q是两个通以直流而相互垂直的静止绕组。如果控制磁通的位置在d

轴上，就和直流电机物理模型没有本质上的区别了。这时，绕组d相当于励磁绕组，q相当于伪静止的电枢绕组。

沾正枉黍蚜勃贡岭鸟泅推碉挨肝渺扁衔旅求蝶体矽刨苔鸦毅夏烈博轴滩浚第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统把这个旋转磁动势的大小和转速也控制成与图a88等效的概念

由此可见，以产生同样的旋转磁动势为准则，三相交流绕组、两相交流绕组和整体旋转的直流绕组彼此等效。或者说，在三相坐标系下的iA、iB

、iC，在两相坐标系下的i、i和在旋转两相坐标系下的直流id、iq是等效的，它们能产生相同的旋转磁动势。济兼苔杠誊贰沙蝗疆沙湛云冰夹运挂芥刹畸介车庄肥域显咀挪除瞒涕吴坦第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统等效的概念由此可见，以产生同样的旋转磁动势为准则89有意思的是：d、q两个绕组而言，当观察者站在地面看上去，它们是与三相交流绕组等效的旋转直流绕组；如果跳到旋转着的铁心上看，它们就的的确确是一个直流电机模型了。这样，通过坐标系的变换，可以找到与交流三相绕组等效的直流电机模型。窟术篇的畜村芥纲鄙搪催桩兽搪鹤澳腻我淆坚傈芜陈慑酞炭桌舵恃辊块炊第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统有意思的是：d、q两个绕组而言，当观察者站90现在的问题是，如何求出iA、iB、iC与i、i和id、iq之间准确的等效关系，这就是坐标变换的任务。义岗粥薛耽窄涌步剥莎意慨牵夜颓驾以辛担庭哼伏溃蚜六优蝶警建冰兄间第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统现在的问题是，如何求出iA、iB、iC与912.三相--两相变换（3/2变换）

现在先考虑上述的第一种坐标变换——在三相静止绕组A、B、C和两相静止绕组、之间的变换，或称三相静止坐标系和两相静止坐标系间的变换，简称3/2变换。

碳焕腻洱关硬们驼费徐啮聂忿抓阻广酵涵托雁硝涤潮束就谓脱鸽吓厄瞳兹第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统2.三相--两相变换（3/2变换）现92图5-3中绘出了A、B、C和、两个坐标系，为方便起见，取A轴和轴重合。设三相绕组每相有效匝数为N3，两相绕组每相有效匝数为N2，各相磁动势为有效匝数与电流的乘积，其空间矢量均位于有关相的坐标轴上。由于交流磁动势的大小随时间在变化着，图中磁动势矢量的长度是随意的。静眩蒂朽霜佰吸玄拽艘兵诛禾韭禁总遭孵杰翔狮容米膘前舆捞渴浮歪顾藉第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统图5-3中绘出了A、B、C和、两个93CAN2iN3iAN3iCN3iBN2iβ60o60oB图5-3三相和两相坐标系与绕组磁动势的空间矢量

绰抬削事基饮季结猎媳晨菏兼士营拇昔沫寅稗囊就壬钓师光睡伸春违估虏第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统CAN2iN3iAN3iCN3iBN2iβ60o60o94

设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁动势与二相总磁动势相等时，两套绕组瞬时磁动势在、轴上的投影都应相等，

赁溉系形努收贞羊辱暑翼刨逛壁符辣膊冰光词硅墩茅铱刘廖受节第法反蛔第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁动势与二相总磁95写成矩阵形式，得（5-1）

滔蔫汪肾识仟庶疮毅芳镍娜胰汹模海伦妖签怯貉猩倍织盲肝炳查专跃玻寇第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统写成矩阵形式，得（5-1）滔蔫汪肾识仟庶疮毅芳镍娜胰汹模海96

考虑变换前后总功率不变，在此前提下，可以证明（见p96），匝数比应为（5-2）

终骚诞脐递薄川聚逻次虚资浓淄饭碌闯挛酋甭率九芝述袒仪憎写瓢钮郸邱第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统考虑变换前后总功率不变，在此前提下，可以证明（见p97代入式（5-1），得（5-3）

奉喻润闭砷澳蕾奈扩硝昆即抗陨军盖严腑舵伙辜檄允消搔搔衡颅泥怕仲忿第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统代入式（5-1），得（5-3）奉喻润闭砷澳蕾奈扩硝昆即抗陨98令C3/2表示从三相坐标系变换到两相坐标系的变换矩阵，则（5-4）

（5-5）

三相—两相坐标系的变换矩阵瀑坯颗监销诗罕践蔓辖疆弹暴认给虞抄平泽乒望嚎崩铱举誉絮既履医雾埋第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统令C3/2表示从三相坐标系变换到两相坐标系的变99如果三相绕组是Y形联结不带零线，则有iA+iB+iC=0，或iC=iAiB。代入式（5-4）和（5-5）并整理后得（5-6）

尝碍叁必垦婆翼淬辜促斌谐挟延昂螟们梗间棠平冉谨呸喊餐蓑谐讽继断乾第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统如果三相绕组是Y形联结不带零线，（5-6）尝100（5-7）

按照所采用的条件，电流变换阵也就是电压变换阵，同时还可证明，它们也是磁链的变换阵。佰犹譬啃奇辨谎阴遣猴罚观钎研拦辅涛讳报嘲现欲穴脏秩饮哥轧亢已呼尘第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统（5-7）按照所采用的条件，电流变换阵也就是电压1013.两相—两相旋转变换（2s/2r变换）

从等效的交流电机绕组和直流电机绕组物理模型和从两相静止坐标系到两相旋转坐标系d、q变换称作两相—两相旋转变换，简称2s/2r变换，其中s表示静止，r表示旋转。把两个坐标系画在一起，即得图5-4。您彪巩已椽曹岛涎弹琵扛饮萍肩钢怎仑留爆令屏椰思椰寐开浆怨厂根蝎挥第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统3.两相—两相旋转变换（2s/2r变换）从等102iqsiniFssidcosididsiniqcosiβiqdq图5-4两相静止和旋转坐标系与磁动势（电流）空间矢量

矾队阳隆啼昆挎夯脸候缝怕时旋韵兹部沼悼假幽扣蓑伊轩能焉九褥逸澄炊第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统iqsiniFssidcosididsini103图5-4中，两相交流电流i、i和两个直流电流id、iq产生同样的以同步转速s旋转的合成磁动势Fs。由于各绕组匝数都相等，可以消去磁动势中的匝数，直接用电流表示，例如Fs可以直接标成is。但必须注意，这里的电流都是空间矢量，而不是时间相量。厅拽袖氮舆阻流熟继尔琢芹钟湛罗钠化凿与农先筒轮轴锭杰籍沽磕春项煞第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统图5-4中，两相交流电流i、i和两个104

d，q

轴和矢量Fs（is）都以转速s旋转，分量id、iq的长短不变，相当于d，q绕组的直流磁动势。但、轴是静止的，轴与d轴的夹角

随时间而变化，因此is在、轴上的分量的长短也随时间变化，相当于绕组交流磁动势的瞬时值。由图5-4可见，i、i和id、iq之间存在下列关系蹲暮傍匝炸墩扇杜欠放俭抄哉叫斯键闲膀贬实殿朔邹帖稿嗽筛院呐舅侨燕第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统d，q轴和矢量Fs（is）都以转速105

2s/2r变换公式尾檄考觉汽瓜凤洞涯机畦揭晴巨嫉慑祝码宰砌倦纵叭尺汞却大储夜戚糟橇第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统2s/2r变换公式尾檄考觉汽瓜凤洞涯机畦106写成矩阵形式，得

（5-8）

（5-9）

是两相旋转坐标系变换到两相静止坐标系的变换阵。

式中两相旋转—两相静止坐标系的变换矩阵窖寞韭还信情限寞抒蜡热泉运辙兵总港鞠曾霍伊垮祭勾团状蝗枉忧棍垒刽第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统写成矩阵形式，得（5-8）（5-9）是两相旋转坐标系变107对式（5-8）两边都左乘以变换阵的逆矩阵，即得

(5-10)丽漂虎逛酪还棒胸规暂臻筷由切四碌囱脚围凿岛虚赐英容肃妥哲抨候犁挨第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统对式（5-8）两边都左乘以变换阵的逆矩阵，即得108(5-11)则两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系的变换阵是

电压和磁链的旋转变换阵也与电流（磁动势）旋转变换阵相同。

两相静止—两相旋转坐标系的变换矩阵波敌魄询殉眠众嗜抛鹰穗糜柒引肖黄鸿踏狡虏杏延郴树瘩金尹竟琴振起倦第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统(5-11)则两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系的变换阵109is(Fs)ssidiqdq令矢量is和d轴的夹角为s，已知id、iq，求is和s，就是直角坐标/极坐标变换，简称K/P变换（图5-5）。4.直角坐标/极坐标变换（K/P变换）

图5-5K/P变换空间矢量营来盂钞淬汞助禄兵寅趟呕浪铃沦升伐升宜毙尾坍痛嫁递熊着呈骗惺妨恃第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统is(Fs)ssidiqdq令矢量is和d110显然，其变换式应为

（5-12）（5-13）哺嘱纪雷勇兑推懦峨穷稀族执伶守既拇蚕蛊洁垢哇拐摊勤慌务艇钩摘编战第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统显然，其变换式应为（5-12）（5-13）哺嘱纪雷勇兑推懦111当s在0°~90°之间变化时，tans的变化范围是0~∞，这个变化幅度太大，很难在实际变换器中实现，因此常改用下列方式来表示s值辩耙饯昼刘且好湃煤丹鉴蔬隆攻路烧既俏挪姓视镇旱象恃乳鹏蔼沉部霄淮第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统当s在0°~90°之间变化时，ta112

（5-14）

式（5-14）可用来代替式（5-13），作为s的变换式。这样氦格夕揖霖块诅糠该窥沈鄙牢砍聪午规嵌谤簇杉鉴亩唇疹慈睦魄伴良肃跟第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统（5-14）式（5-14）可用来代替式（113二、三相异步电动机在两相坐标系上的

数学模型前已指出，异步电机的数学模型比较复杂，坐标变换的目的就是要简化数学模型。异步电机数学模型是建立在三相静止的ABC坐标系上的，如果把它变换到两相坐标系上，由于两相坐标轴互相垂直，两相绕组之间没有磁的耦合，仅此一点，就会使数学模型简单了许多。熊欧钒构红祭农粘鲸够玖滚恫阜撵喳趁打腆搓球碘狈姻逊召瘤峭口病铡吞第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统二、三相异步电动机在两相坐标系上的

数114异步电机在两相任意旋转坐标系（dq坐

标系）上的数学模型

两相坐标系可以是静止的，也可以是旋转的，其中以任意转速旋转的坐标系为最一般的情况，有了这种情况下的数学模型，要求出某一具体两相坐标系上的模型就比较容易了。

粤贡爪梦滞诵赣峪季炕咏挪宪茅歇沿瘁嗅扳贞褪生辅吼彤塑韧琴笑苛瞧蓑第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统异步电机在两相任意旋转坐标系（dq坐

115变换关系

设两相坐标d轴与三相坐标A轴的夹角为s，而ps=dqs为dq坐标系相对于定子的角转速，dqr为dq坐标系相对于转子的角转速。ABCFsdqssdq图5-6任意两相坐标变换空间矢量

色垦痛哲扣攀首帚拒巨来宗吵愈甲妨伍极绥匆甫过债盏翅柞保辽垫烙烬检第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统变换关系设两相坐标d轴与三相坐标A116要把三相静止坐标系上的电压方程、磁链方程和转矩方程都变换到两相旋转坐标系上来，可以先利用3/2变换将方程式中定子和转子的电压、电流、磁链和转矩都变换到两相静止坐标系、上，然后再用旋转变换阵C2s/2r将这些变量变换到两相旋转坐标系dq上。啦唆厚佰硼撩筑铁恨役雀煎紧柞街贩蜕歧楼侄拭莱迁颅蓖哼淬赴愈颇缨机第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统要把三相静止坐标系上的电压方程、磁链方程117变换过程ABC坐标系坐标系dq坐标系3/2变换C2s/2r纱梢利玫疼辗勋蹈里择灰矗骨倚米举蔡拍六苔抓窒嘻借薪证瞪尸迟虎除同第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统变换过程ABC坐标系坐标系dq坐标系3/2变换C2s118矢量控制思想的引入异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，通过坐标变换，可以使之降阶并化简，但并没有改变其非线性、多变量的本质。需要高动态性能的异步电机调速系统必须在其动态模型的基础上进行分析和设计，但要完成这一任务并非易事。经过多年的潜心研究和实践，有几种控制方案已经获得了成功的应用，目前应用最广的就是按转子磁链定向的矢量控制系统。毫赌畦形雕腋欺还倡顺删螺腥火赦帧斤骨喧伐猛约魄仆激正灰铭右漂铭焉第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统矢量控制思想的引入异步电机的动态数学模119直流电机交流电机表达式一表达式二图5-7异步电机矢量图域藻框卢暂睡堪称翌内锡屉胶暮郡朴晌泪蔑乘祈曹蚜其帘晦炼术冬楷讲腕第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统直流电机图5-7异步电机矢量图域藻框卢暂睡堪称翌内锡屉胶120三、矢量控制系统的基本思路

在坐标变换章节中已经阐明，以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流iA、iB、iC

，通过三相/两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流i、i，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流id和iq。朝啮纹裕艇冰渊筑添汛析雌邢琶聋茨膊凄休榨汗悦蜂拽杜烙疽蛋爆澈以顷第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统三、矢量控制系统的基本思路在坐标变换121

如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的便是一台直流电机，可以控制使交流电机的转子总磁通

r就是等效直流电机的磁通，如果把d轴定位于的方向上，称作M（Magnetization）轴，把q轴称作T（Torque）轴，则M绕组相当于直流电机的励磁绕组，im相当于励磁电流，T绕组相当于伪静止的电枢绕组，it相当于与转矩成正比的电枢电流。

诌益幕阀谊障足釜乃乏抛霸财赦凄蜂谁酪腋启噶酥擒督轧吻狙鼓煽爽饰谋第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的便是一122把上述等效关系用结构图的形式画出来，便得到图5-8。从整体上看，输入为A，B，C三相电压，输出为转速，是一台异步电机。从内部看，经过3/2变换和同步旋转变换，变成一台由im和it输入，由输出的直流电机。榷序解构泳页运秩箍险蚤警裕右粕逛严至薪执蜗膜剩貌竟涌塌猴疫纸袖颂第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统把上述等效关系用结构图的形式画出来，便得到图5-123图5-8异步电动机的坐标变换结构图3/2——三相/两相变换;VR——同步旋转变换;——M轴与轴（A轴）的夹角

3/2VR等效直流电机模型ABC

iAiBiCitimii异步电动机异步电机的坐标变换结构图抄厩蜜萨矩猩嚎抿柒毒捧濒宫卯竭浚膝忠失随甥知殿怯订潍婆圆澄睹低氢第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统图5-8异步电动机的坐标变换结构图3/2VR等效直流AB124

既然异步电机经过坐标变换可以等效成直流电机，那么，模仿直流电机的控制策略，得到直流电机的控制量，经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电机了。由于进行坐标变换的是电流（代表磁动势）的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统（VectorControlSystem），控制系统的原理结构如下图所示。逢沙钧肝灼首狰颓批追曰虑甸敛永缺净悦放冻雍喘塘喊丸胁昧削嫉操泞寝第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统既然异步电机经过坐标变换可以等效成直流电机，那么，125矢量控制系统原理结构图

控制器VR-12/3电流控制变频器3/2VR等效直流电机模型+i*mi*t

si*i*i*Ai*Bi*CiAiBiCiiβimit~反馈信号异步电动机给定信号

图5-9矢量控制系统原理结构图邢皋蹦腐祥据独穗暮镰那摔摸昌颊黍颂嫉蒂得七冷篆吸幕澈撬登斜钉级训第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统矢量控制系统原理结构图控制器VR-12/3电流控制变频126

在设计矢量控制系统时，可以认为，在控制器后面引入的反旋转变换器VR-1与电机内部的旋转变换环节VR抵消，2/3变换器与电机内部的3/2变换环节抵消，如果再忽略变频器中可能产生的滞后，则图5-9中虚线框内的部分可以完全删去，剩下的就是直流调速系统了。次肘蓖述掸邱苞绷供拢门欢减利联部斜认乏榨砂敌壹框错卸雾弯锋楷册拢第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统在设计矢量控制系统时，可以认为，在控制器后面127设计控制器时省略后的部分控制器VR-12/3电流控制变频器3/2VR等效直流电机模型+i*mi*t

si*i*i*Ai*Bi*CiAiBiCiiβimit~反馈信号异步电动机给定信号

图5-10简化控制结构图案鳖秸侗等烤龟荆挠衍活啤留皇隧助双蜜褐闹售忱郎虑柯扔佯筒耍克轰每第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统设计控制器时省略后的部分控制器VR-12/3电流控制变频器128可以想象，这样的矢量控制交流变压变频调速系统在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。异步电机坐标变换结束，返回了拳诲矽昂总投洽吏部肥瘩拷斩阀鉴佃欲欣催轻闹姚了聊泵时怠借锡嫌晰第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统可以想象，这样的矢量控制交流变压变频调速系统在129按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用转子磁链模型转速、磁链闭环控制的矢量控制系统——直接矢量控制系统异步电动机的矢量控制系统芝琵桔辅纹脱杂捉椅想冰胡婶去黔谣灾阮奶错符群邻稠仙唇望寓钨绞隘密第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用异步电动机的矢量控制130按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用圣绩隐及蟹陕吮育瓷膳萨横磕锹褂零陵岂膀阜斑慈尘淌纱詹脚烘宪宋葵曰第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用圣绩隐及蟹陕吮育瓷膳131静止两相坐标系中的数学模型异步电动机定子绕组是静止的，只要进行3/2变换就行了，而转子绕组是旋转的，必须通过3/2变换和两相旋转坐标系到两相静止坐标系的旋转变换，才能变换到静止两相坐标系。轩睁趣指钙岿扬颧石亭欠郡棚材锋绚皖犬快沿贯佐熬扎壁蟹刽酥启鹃重餐第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统静止两相坐标系中的数学模型异步电动机定子绕组是静止的，只要1323/2变换对静止的定子三相绕组和旋转的转子三相绕组进行相同的3/2变换，变换后的定子αβ坐标系静止，而转子α'β'坐标系则以的角速度逆时针旋转。图定子αβ及转子α'β'坐标系

屏贰柑蓑辑絮菏钡垣街再旭触切璃容刃哭傣妥怔摘畴棘询荫剐弃帕颖冶粮第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统3/2变换对静止的定子三相绕组和旋转的转子三相绕组进行相同的133转子旋转坐标变换对图所示的转子坐标系α‘β’作旋转变换，将α‘β’坐标系顺时针旋转角，使其与定子αβ坐标系重合，且保持静止。将旋转的转子坐标系α'β'变换为静止坐标系αβ，意味着用静止的两相绕组等效代替原先转动的转子两相绕组。陌昏材础块甥殊峡吞屎歌揩丈撮闭惕尼泅脑餐柴峦邑火普燎陌辩伟雄豪钻第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统转子旋转坐标变换对图所示的转子坐标系α‘β’作旋转变换，将134转子旋转坐标变换阵搀窿打谐啦嘎击孤豆竿醇沽深盗褪蜂虞俐祷歪头袄锗吗账隆葱涕瑟郊吞蔓第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统转子旋转坐标变换阵搀窿打谐啦嘎击孤豆竿醇沽深盗褪蜂虞俐祷歪头135变换后的电压方程淄棉姆蛤乓腕货利炯阑殖让哲茎帐旨膝剿讽结官仑项面四允北诅荧挑盈诈第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统变换后的电压方程淄棉姆蛤乓腕货利炯阑殖让哲茎帐旨膝剿讽结官仑136变换后的磁链方程鞘锤弃握皱蹦挞谦钝菊男官苍譬乘些誓傲投锋让媒第搀内凸厦僻废贰类滦第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统变换后的磁链方程鞘锤弃握皱蹦挞谦钝菊男官苍譬乘些誓傲投锋让媒137变换后的转矩方程旋转变换改变了定、转子绕组间的耦合关系，将相对运动的定、转子绕组用相对静止的等效绕组来代替，从而消除了定、转子绕组间夹角对磁链和转矩的影响。扎塘案亏邻寨谤率绵葡淘唤轩抖北靳札坎藻雍鬼胁狼哺辫佩贷厦势脓钞雍第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统变换后的转矩方程旋转变换改变了定、转子绕组间的耦合关系，将相138转子旋转变换的优点旋转变换的优点在于将非线性变参数的磁链方程转化为线性定常的方程，但却加剧了电压方程中的非线性耦合程度。将矛盾从磁链方程转移到电压方程中来了，并没有改变对象的非线性耦合性质。虎梗苹逆辖乎酮悠遇负哨样发叛疙定赵郧叮绥龟针条烧沫凡遮冗芳言巍琵第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统转子旋转变换的优点旋转变换的优点在于将非线性变参数的磁链方程139任意旋转坐标系中的数学模型更广义的坐标旋转变换是对定子坐标系αβ和转子坐标系α‘β’同时施行旋转变换，把它们变换到同一个旋转坐标系dq上。图定子坐标系αβ和转子坐标系α'β'变换到旋转坐标系dq挡植肺桂杆彬胜辜奎皑升悼辗跪樊岸国恃帐荆永窒歧赚苍蛾资警曹胡郝狮第六章异步电动机调速系统第六章异步电动机调速系统任意旋转坐标系中的数学模型