感应电动机控制系统简介

感应电动机定子一般为对称多相绕组，转子可以是绕线转子，也可以是笼型转子。由于转子结构的不同，就有不同的控制策略，如绕线转子感应电动机可以实现转子回路串联电阻调速、串级调速和变频双馈调速控制等，而笼型感应电动机可以实现定子变频、变极调速和变极变频平滑控制等。现代交流感应电动机控制主要有以下几种：

（1）矢量变换控制系统

矢量变换控制也称为磁场定向控制（Field-Oriented Control）。所谓矢量变换控制，就是对电压、电流和磁链等物理量经过一系列矢量变换，将感应电动机数学模型变换至正交的旋转坐标系中，并对各物理量的幅值和相位实现解耦控制。1971年德国学者F.Blascheke提出的矢量变换控制方式中，正交旋转坐标系的直轴为励磁轴与转子磁场重合，交轴为转矩轴。转子磁场的交轴分量为零，电磁转矩方程得到简化，即在磁场恒定的情况下，电磁转矩与交轴电流分量成正比，因此感应电动机的机械特性与他励直流电动机的机械特性完全一样，实现磁场与转矩的解耦控制。由于直轴与转子磁场重合，因此也称为转子磁场定向控制。为了保持转子磁场的恒定控制，必须观测转子磁场实现反馈控制，因此利用转子电压方程构成磁通观测器，但由于转子参数（特别是电阻）受温度的影响较大，在一定程度上影响了系统的控制性能。目前有很多转子参数辨识的方法，实现实时补偿，从而提高系统动态性能。除了转子磁场定向控制外，还有气隙磁场定向控制和定子磁场定向控制。

（2）转差频率矢量控制系统

感应电动机稳态运行时存在转差率，而转差率对感应电动机的性能有很大的影响，转差率越小，效率越高，控制感应电动机转差率或转子的转差频率就能高效率地控制感应电动机。转差频率矢量控制系统是对传统矢量控制系统的简化，人们采用忽略转子磁链幅值的动态变化的方法，认为转子磁链是稳定的，这样在转子磁场定向坐标系统中，可以确定定子电流的直轴分量，而交轴分量可以由电磁转矩表达式确定。因为当转差率很小时，电磁转矩与转差率成正比关系。当感应电动机进行调速控制时，利用给定速度信号与实际速度值的差，由速度调节器确定感应电动机的电磁转矩及相应的转差率，进一步可知转差频率的大小，只要控制转差频率就可以很好地控制感应电动机调速。这类简单、高效的调速系统在节能的风力机、泵类负载中应用得相当广泛。

（3）直接转矩控制系统(www.xing528.com)

直接转矩控制（Direct Torque Control，DTC）是在20世纪80年代中期提出的新的交流电动机控制理论。直接转矩控制是在定子坐标系统中计算磁通和电磁转矩的大小和位置角，通过磁通幅值和转矩的直接跟踪来实现高性能动态控制。由于磁链的幅值限制在较小的误差范围内，对转矩控制性能不会有大的影响，因此直接转矩控制方法对电动机参数变化不敏感，与转子参数无关；同时，由于对电压空间矢量的优化控制，降低了逆变器的开关频率和开关损耗，从而提高了控制系统的效率。

（4）空间矢量调制控制系统

空间矢量调制（Space Vector Modulation）控制技术是为了提高气隙磁场稳定性、减少谐波、优化功率控制器开关模式、降低开关损耗所采用的控制技术。根据定子磁场的运动规律，选择合适的基本电压空间矢量进行合成，以产生其他所需要的电压空间矢量。这种空间矢量调制方法产生的基波电压幅值要高于正弦波脉宽调制（SPWM）产生的基波电压幅值，提高了电源电压的利用率。

（5）智能控制系统

智能控制（Intelligent Control）系统主要根据人工智能理论，如模拟人脑物理模型的人工神经网络（Artificial Neural Network），模拟人脑不确定思维或推理过程的模糊逻辑理论（Fuzzy Logic Theory）等，更准确地模拟电动机的非线性，以此确定智能控制模型输出量的大小，进而确定功率控制器的开关模式。电动机的智能控制系统算法极其复杂，需要具有高速、实时计算能力的微机或DSP芯片来实现，目前仍处于实验室研究阶段，但是智能控制系统将是电动机控制的发展方向。