电力电子与现代控制电机的控制理论和控制系统第一部分
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直接转矩控制 1、直接转矩的基本理论 2、直接转矩控制的实现 3、直接转矩控制系统
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8
异步电机的磁场定向控制理论
Lmi1
异步电机在同步旋转坐标系下的电压和
磁链方程为：
i1
ud1 r1id1 p d1 q1 1
uq1
r1iq1
p q1
d1 1
ud2 r2id2 p d2 q2s1
d1 L1id1 Lmid 2
q1
L1iq1
Lm iq 2
d 2 Lmid1 L2id 2 2
q2 Lmiq1 L2iq2 0
i2
Lmi2
可见：
异步电机的电磁转矩可以表
示成两个电流id1和iq1的乘
则有下述关系式成立： 达到稳态时：
积； 调节id1的值就可改变转子磁
s1
d1 L1id1 Lm id 2
q1
L1iq1
L m iq 2
d 2 L m id 1 L 2id 2
1
m
L1l i1
L2li2
2
转子a轴 定子A轴
uq2 r2iq2 p q2 d2s1 q 2 L m iq1 L 2 iq 2
电磁转矩： T em 1 .5 np(iq 1 d1id1 q 1)
可见：
i2
Lmi2
定子A轴
异步电机的电磁转矩可以表示成电
s1
p 1/(2) 1 /(L1) id1
电力电子与现代控制
Power Electronic and Modern Control
中国科学院研究生院
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1
第四章：电机的控制理论和控制系统
简介 直流电机的控制 异步电机的控制
1、标量控制 2、矢量控制：磁场定向控制和直接转矩控制
电励磁和永磁同步电机的控制
1、磁场定向控制 2、直接转矩控制
r1
L1l
r2
L2l
S
0u1r2ri12i1jjS1112
U1
I1
Lm
I2
忽略定子电阻 r1 时，定子磁链
于电压 U1与定 子角频率 1之比。
1等
滑转差子频磁率链S1之2等比于的转负子值电。流 i1 与转子
转子磁链超前转子电流90度。
忽略定转子磁链 L1l , L2l 时，定子磁 链与转子磁链相等。
fd
Tem Mi fd ia
d
r
Tem Tload
Mi fd ia Tload
dt
J
J
AC
AC/DC 变换器
i*fd
u*fd
i fd
AC
AC/DC 变换器
DCM
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4
速度传感器
异步电机的控制
标量控制
矢量控制
1、磁场定向控制
2、直接转矩控制
编辑ppt
5
异步电机的标量控制
稳态时，鼠笼型异步电机的电压方程为：
Lm 2 2
iq1; 2
L2 r2
id
1
12 Lm
p
2
Tem
1.5n p
Lm L2
iq1 2
s1
Lm
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iq1
1
2
iq1 id1
id1
12
Lm
p
2
2
Lm
链大小，如果保持id1不变， 调节iq1的值就可以线性的改
变电机电磁转矩的值； id1称之为电机励磁电流分量
，iq1为力矩电流分量。
Tem
1.5np
Lm L2
iq1编2辑p1pt.5np
L2m L2
iq1id1转矩子为磁无场限定大向。理论上最1大0 转
定子磁场定向控制 q轴
Lmi1
d轴
如右图所示异步电机的矢量图中，如将d 轴与定子磁链方向一致，此时有：
i1
1 m
d11; q10
异步电机的电压和磁链方程为：
1 2
2
转子a轴
Tem f(u,i,r)
电机控制系统的性能的好坏取决于电机电磁转矩的控制。
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3
直流电机的控制及系统
直流电机的数学模型：
可以构成直流电机的控制 系统为：
n*
Te*m 1
ia*
ua*
n
Mifd
ia
u
a
ra ia
La
u fd
r fd i fd
di a dt
L fd
Mi
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定子磁链 气隙磁链 转编子辑磁p链pt
r1
U1
L1l
L2l
I1
Lm
I2
r2 S
9
鼠笼型异步电机稳态等效电路图
转子磁场定向控制
如右图所示异步电机的矢量图中，如将d 轴与转子磁链方向一致，此时有：
d22; q20
异步电机的电压和磁链方程为：
q轴
Lmi1
i1
1
d轴
m
1
2
2
转子a轴
定子A轴
ud1 r1id1 p d1 q1 1 uq1 r1iq1 p q1 d1 1 0 r2id 2 p 2 0 r2iq2 2s1
id1 q2 )
电机的稳态电磁转矩 为：
2
T em 1 .5 n p 1i2 1 .5 n p 1S1
如控制定子磁链的幅值恒定，则稳 态电磁转矩与滑差频率成正比。
编辑ppt
6
异步电机的标量控制
编辑ppt
7
异步电机的矢量控制
磁场定向控制 1、磁场定向控制的基本理论 2、磁场定向控制的实现 3、磁场定向控制系统 4、计算与仿真
所以，忽略 r1,L1l,L2l 时，鼠笼型异步
鼠笼型异步电机稳态等效电路图
鼠笼型异步电机的电磁转矩为：
Tem 1.5np Lm (iq1id 2 id1iq2 )
1.5np (iq1 d1 id1 q1)
1.5np ( q1id 2 d1iq2 )
1.5np
Lm L2
(iq1 d 2
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2
简介
➢ 电机控制的任务：采用电力电子装置，通过对电机系统的机 械特性的控制，使电机按照预定的方式或轨迹运行。
➢ 电机控制的类型：位置、速度和力矩控制；开环控制和闭环 控制；标量和矢量控制。
➢ 电机控制的关键：电机电磁转矩的控制 电机的机械方程：
Tem Tloadn Jpdd rtB r,rr0rd t
i2
Lmi2
建立下述矢量：
u
1
u2
i1
u u id
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则有下述关系式成立：
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q2 Lmiq1 L2iq2
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异步电机的磁场定向控制理论
Lmi1
异步电机在同步旋转坐标系下的电压和
磁链方程为：
i1
ud1 r1id1 p d1 q1 1
uq1
r1iq1
p q1
d1 1
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d 2 Lmid1 L2id 2 2
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i2
Lmi2
可见：
异步电机的电磁转矩可以表
示成两个电流id1和iq1的乘
则有下述关系式成立： 达到稳态时：
积； 调节id1的值就可改变转子磁
s1
d1 L1id1 Lm id 2
q1
L1iq1
L m iq 2
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1
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转子a轴 定子A轴
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电磁转矩： T em 1 .5 np(iq 1 d1id1 q 1)
可见：
i2
Lmi2
定子A轴
异步电机的电磁转矩可以表示成电
s1
p 1/(2) 1 /(L1) id1
电力电子与现代控制
Power Electronic and Modern Control
中国科学院研究生院
编辑ppt
1
第四章：电机的控制理论和控制系统
简介 直流电机的控制 异步电机的控制
1、标量控制 2、矢量控制：磁场定向控制和直接转矩控制
电励磁和永磁同步电机的控制
1、磁场定向控制 2、直接转矩控制
r1
L1l
r2
L2l
S
0u1r2ri12i1jjS1112
U1
I1
Lm
I2
忽略定子电阻 r1 时，定子磁链
于电压 U1与定 子角频率 1之比。
1等
滑转差子频磁率链S1之2等比于的转负子值电。流 i1 与转子
转子磁链超前转子电流90度。
忽略定转子磁链 L1l , L2l 时，定子磁 链与转子磁链相等。
fd
Tem Mi fd ia
d
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J
J
AC
AC/DC 变换器
i*fd
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AC
AC/DC 变换器
DCM
编辑ppt
4
速度传感器
异步电机的控制
标量控制
矢量控制
1、磁场定向控制
2、直接转矩控制
编辑ppt
5
异步电机的标量控制
稳态时，鼠笼型异步电机的电压方程为：
Lm 2 2
iq1; 2
L2 r2
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1
12 Lm
p
2
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链大小，如果保持id1不变， 调节iq1的值就可以线性的改
变电机电磁转矩的值； id1称之为电机励磁电流分量
，iq1为力矩电流分量。
Tem
1.5np
Lm L2
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L2m L2
iq1id1转矩子为磁无场限定大向。理论上最1大0 转
定子磁场定向控制 q轴
Lmi1
d轴
如右图所示异步电机的矢量图中，如将d 轴与定子磁链方向一致，此时有：
i1
1 m
d11; q10
异步电机的电压和磁链方程为：
1 2
2
转子a轴
Tem f(u,i,r)
电机控制系统的性能的好坏取决于电机电磁转矩的控制。
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直流电机的控制及系统
直流电机的数学模型：
可以构成直流电机的控制 系统为：
n*
Te*m 1
ia*
ua*
n
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ia
u
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定子磁链 气隙磁链 转编子辑磁p链pt
r1
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9
鼠笼型异步电机稳态等效电路图
转子磁场定向控制
如右图所示异步电机的矢量图中，如将d 轴与转子磁链方向一致，此时有：
d22; q20
异步电机的电压和磁链方程为：
q轴
Lmi1
i1
1
d轴
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1
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转子a轴
定子A轴
ud1 r1id1 p d1 q1 1 uq1 r1iq1 p q1 d1 1 0 r2id 2 p 2 0 r2iq2 2s1
id1 q2 )
电机的稳态电磁转矩 为：
2
T em 1 .5 n p 1i2 1 .5 n p 1S1
如控制定子磁链的幅值恒定，则稳 态电磁转矩与滑差频率成正比。
编辑ppt
6
异步电机的标量控制
编辑ppt
7
异步电机的矢量控制
磁场定向控制 1、磁场定向控制的基本理论 2、磁场定向控制的实现 3、磁场定向控制系统 4、计算与仿真
所以，忽略 r1,L1l,L2l 时，鼠笼型异步
鼠笼型异步电机稳态等效电路图
鼠笼型异步电机的电磁转矩为：
Tem 1.5np Lm (iq1id 2 id1iq2 )
1.5np (iq1 d1 id1 q1)
1.5np ( q1id 2 d1iq2 )
1.5np
Lm L2
(iq1 d 2
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简介
➢ 电机控制的任务：采用电力电子装置，通过对电机系统的机 械特性的控制，使电机按照预定的方式或轨迹运行。
➢ 电机控制的类型：位置、速度和力矩控制；开环控制和闭环 控制；标量和矢量控制。
➢ 电机控制的关键：电机电磁转矩的控制 电机的机械方程：
Tem Tloadn Jpdd rtB r,rr0rd t
i2
Lmi2
建立下述矢量：
u
1
u2
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1 2
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q1 பைடு நூலகம்2
异 u 步u 21电 机rr的2 1ii1 电2 压p 方p 程1可2 表j示j 为1 2 ：s11
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则有下述关系式成立：
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