矢量控制的原理与应用

20世纪70年代初，德国人F.Blaschke提出“异步电机磁场定向的控制原理”，奠定了矢量控制的基础。对于他励直流电动机，电动机的磁场由励磁绕组产生，在励磁电流不变时，如果忽略电枢反应所造成的影响，电动机的转矩与电枢电流成正比，控制电枢电流即可控制电动机的转矩。而对异步电动机来讲，简单地控制电动机的定子电流大小并不能控制电动机的转矩。这是因为异步电动机的转矩不仅与电动机磁通的电流大小有关，而且还和它们之间的相位差有关。电动机的定子电流大，并不意味着电动机的转矩大。例如，在异步电动机全压起动时，其绕组中将流过4～7倍的额定电流，但所能产生的转矩并不大。

矢量控制的基本出发点是将异步电动机构造上不能分离的转矩电流和励磁电流分离成相位差为90°的转矩电流和励磁电流分别进行控制，从而改善了异步电动机的动态控制性能。为了实现矢量控制的目的，需要将电动机的三相电流按坐标变换的方法变换成两相电流，在两相坐标上确定电动机的转矩电流和励磁电流的大小并分别进行控制，再将两相电流变换成三相电流设定值，然后采用电流闭环控制实际电流。

电动机的转矩和定子电流的转矩分量成比例，只要控制定子电流分量即可控制电动机的转矩，且转矩响应的速度和电流响应速度相等。

下面推导矢量控制的基本方程式。

将式（1-10）中转子侧的电压方程式取出，假定Ψ_2dq=Ψ₂=常数，并代入式（1-10），得

考虑到ω_s=ω₁-ω_m和i_1dq=i_1d+ji_1q，上式的实部和虚部应分别等于0，于是得

式（1-13）是矢量控制时确定定子电流励磁分量i_1d的计算式，式（1-14）是确定电动机电源频率的计算式，式（1-15）是转差频率ω₁的计算式。(www.xing528.com)

电磁转矩计算式（1-11）变为

由此可见，电动机的转矩和定子电流的转矩分量成比例，只要控制定子电流分量即可控制电动机的转矩，且转矩响应的速度和电流响应速度相等。

式（1-13）～式（1-15）是矢量控制的基本关系式。

实际上，根据矢量控制规律确定的电动机定子电流的励磁分量和定子电流的转矩分量，使用式（1-14）确定的电动机电源频率变换成三相电流的设定值并加以控制，从而实现矢量控制。将d、q轴电流变换成三相电流的计算公式为

式中 式（1-17）是直角坐标系变换到极坐标系的计算公式。