双馈式风电变流器控制系统设计原理

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概述:

针对双馈式变速恒频(VSCF)风电机组的控制方式进行了研究，并以2 MW VSCF风电机组为模型，设计了基于FMS320C28346型DSP与现场可编程门阵列(FPGA)的双馈风力发电变流器系统，控制系统硬件平台采用标准6U机箱，具有高可靠性与抗干扰性。该系统将矢量控制技术应用于发电机控制，并对网侧和转子侧变流器采用双闭环控制策略。最后在自主研发的2 MW双馈式变流器样机上进行了大量实验和长期的现场试运行，验证了控制方法的可行性与实用性。

1 引言

目前风电技术可分为恒速恒频控制方式和VSCF控制方式。VSCF风力发电机可提供更高的风能利用效率，故越来越多地用于大功率机组。在此设计了基于 TMS320C28346型DSP与FPGA的双馈式风力发电变流器系统。控制系统平台采用主频300 MHz的DSP芯片与FPGA共同控制，大大提高了系统的稳定性以及实时性。控制系统采用矢量控制技术和功率闭环的变速控制策略。最后在自主研发的2 MW双馈式风电变流器的样机上进行了实验和现场试运行，验证了控制系统的可靠性。

2 控制系统硬件平台

1(5 MW双馈式风电变流器硬件平台采用主频为150 MHz的

TMS320C28335+CPLD方案，但在进行低电压穿越实验与强励磁实验过程中，发现运算速度无法满足实验要求。因此设计了风电、光伏变流器统一的硬件平台。采用模块化设计，按照功能划分为系统核心控制板、开关电源、开入接口板、采样板、光纤接口板、通讯板、故障录波板与总线底板，并在机箱中预留插板位置。其中核心控制板采用TMS320C28346型DSP与FPGA芯片共同构成，极大地提升了可靠性与运算速度。控制平台采用模块化设计思想，能兼容全功率等级双馈、直驱变流器与光伏逆变器控制系统，配备多路信号采集通道、信号输出通道与通讯接口，具备多种PWM输出和保护方案，采用标准 6U机箱结构，控制系统硬件平

台总体方案见图1。图1 控制系统硬件平台总体方案

2 MW双馈式变流器均采用塔上安装方式，给故障诊断带来一定困难。为提高调试与故障诊断速度，采用WIFI通讯与故障录波相结合的方案。采用大容量NVSRAM与FLASH芯片相结合，实时性能较高的故障发生时间的变量存储在掉电不丢失的快速NVSRAM中，实时性相对较低的运行数据存在FLASH芯片中。当变流器出现故障停机时，塔下调试人员可通过电脑或手持设备与控制系统进行WIFI连接，并读取故障前后120 s内的系统运行数据，以便于故障诊断与分析。现场调试结束后，可通过WIFI模块将FLASH芯片中的运行数据发送到互联网上，以供厂商远程监控，可提高风电场运行效率。

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辅助变流器IGBT的工作原理

作者：微叶科技时间：2015-03-17 17:11

辅助变流器的整流器模块及逆变器模块均采用了IGBT元件并联技术，即每个桥臂上2个IGBT元件并联。IGBT元件并联技术的关键是优化其并联的静态特性及动态特性：通过IGBT元件的合理布局及对称布线，获得良好的静态并联特性；通过IGBT元件的选型、参数的一致性、门极驱动技术的优化，获得良好的动态并联特性。

辅助变流器的整流器、逆变器模块包含散热器、IGBT元件、复合低感母排、驱动单元以及温度检测单元、电源模块等，是功能独立的高度集成功能模块。

辅助变流器接线图

由于开关元件的di /dt在其快速关断过程中很大，会产生较大的尖峰过电压（其值为Δu=Ls(di/dt)，式中Ls为线路中杂散电感与元器件上分布电感的总和），对开关元件极为不利。在选用无感或低感元器件后，主电路的电感就取决于元器件的连接形式[3]。在对元器件合理布局的基础上，辅助变流器中模块与中间直流环节支撑电容的连接采用了低电感复合母排技术，大大降低了主电路上的分布电感，有效地抑制了尖峰过电压Δu，保证IGBT元件运行于安全工作区。

辅助变流器是机车电气系统及通风系统的重要组成部分，采用车外进风、车内排风的通风方式，承担着为机械间供风的任务。通过合理的风道设计以及大量的风道实验验证，该辅助电源在结构上较好地解决了散热、柜体密封和快速检修等各项关键技术，同时也保证了机车运行时对风量的需求。考虑到冬季低温时机械间的温度，在风道设计时，留有进风调节口，在冬季工作时可以通过调节进风口状态，实现部分车内进风，以调节机械间温度。

目前，该辅助变流器已批量装于HXD1C型电力机车上，运行稳定、可靠，能满足该型电力机车的运用要求。

上一篇：逆导型IGBT特性工作原理

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变流器核心器件的工作原理

首先来说MOSFET ，提一个基础性问题，驱动MOSFET 导通的最佳栅电压是多少伏？绝大多数人的回答是：15V 。这个答案不能说错，但是，这活干得太粗。MOSFET 的导通电阻是随栅电压的提高而下降，当栅电压达到一定值时，导通电阻就基本不会再降了，暂且称之为“充分导通”，一般认为这个电压是低于15V 的。

实际上，不同耐压的 MOSFET 达到充分导通的栅电压是不同的。基本规律是：耐压越高的MOSFET ，达到充分导通的栅电压越低; 耐压越低的MOSFET ，达到充分导通的栅电压越高。我查阅了各种耐压MOSFET 的VGS-RDS 曲线，得到的结论是：耐压200V 的MOSFET 达到充分导通的栅电压》16V; 耐压 500V 的MOSFET 达到充分导通的栅电压》12V; 耐压1000V 的MOSFET 达到充分导通的栅电压》8V 。因此，建议：耐压200V 及以下的MOSFET 栅驱动电压=17-18V;耐压500V 的MOSFET 栅驱动电压=15V;耐压1000V 的MOSFET 栅驱动电压=12V。

说了MOSFET 的驱动电压，再来说说IGBT 的驱动电压，IGBT 的驱动电压为15±1.5V ，与IGBT 的耐压无关。驱动电压低于13.5V ，IGBT 的饱和压降会明显增高; 高于16.5V ，既没有必要，还可能带来不利的影响。

某些用IGBT 作为主功率器件的变流器，IGBT 的输出直接与外部负载连接，例如驱动电机调速的变频器，司服系统等等。一旦负载短路，就会造成 IGBT 极为严重的过流，此时IGBT 会有多大的电流呢？大约是IGBT 额定电流的几倍到十几倍，过流的严重程度与 IGBT 的栅驱动电压相关，即，当IGBT 的驱动电压在14V 以下时，其短路电流就较小，约是其额定电流的几倍; 当IGBT 的驱动电压在16V 以上时，其短路电流就很大，约是其额定电流的十几倍，显然，这么大的短路电流，对IGBT 极具破坏性。虽然，IGBT 号称有10微秒的抗短路能力，十几倍的额定电流也是难于承受的，我的经验是，最多只能承受一次，第二次就玩完。因此，建议，如果有条件严格控制IGBT 的驱动电压的话，此类变流器IGBT 的栅电压为 14.5-15.5V 为宜。

IGBT 的主要技术参数之最大额定电流的定义：在一定的壳温条件下，可以连续通过集电极的最大电流（直流）。我们必须关注的是：最大额定电流指的是直流，也就是说，不能有开关动作，而且，栅电压为15V ，即IGBT 在良好导通的情况下。此时结温不高于规格书中的最高值。

而实际应用时总是有开关动作的，开关时的瞬时功耗远远大于导通时的瞬时功耗，一般正常工作时，导通时的峰值电流应小于其最大额定电流，应该小多少为合理呢？这个问题不能一概而论。这与所选的IGBT 的品牌，开关速度，工作频率，母线电压，外壳温度等等多种因素有关。最好向原生产商的技术支持咨询。

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变流器的作用和原理214

变流器的作用和原理是什么?

一、变流器一般是电力电子元件实现的，作用是实现功率的传递，按照两端电压类型不同大概可分为以下几种:

a) DC/DC变流器，两端都是直流，可以等效为直流变压器; b) AC/DC变流器，或者称为可控整流装置，实现交流到直流的功率

传输;

c) DC/AC变流器，或者称为逆变器，实现直流到交流的功率传输; d) AC/AC变流器，就是变频器了，实现交流频率的变换 e) AC-DC-AC变流器，也是变频器，作用如上

原理一两句就很难说清了，需要很多专业知识。

二、变流器

变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。

1. 含义

包括整流器(交流变直流)、逆变器(直流变交流)、交流变流器(交流变频器)和直流变流器(直流斩波器)。

2. 构成原理

变流器除主电路(分别为整流电路、逆变电路、交流变换电路和直流变换电路)外，还需有控制功率开关元件通断的触发电路(或称驱动电路)和实现对电能调节、控制的控制电路。变流器的触发电路包括脉冲发生器和脉冲输出器两部分。前者根据控制信号的要求产生一定频率、一定宽度

或一定相位的脉冲;后者将此脉冲的电平放大为适合变流器中功率开关元件需要的驱动信号。

触发电路按控制的功能可分为相控触发电路(用于可控整流器、交流调压器、直接降频器和有源逆变器)、斩控触发电路和频控触发电路。采用正弦波的频控电路不仅能控制逆变器的输出电压，还能改善输出电压的质量。

变流器的控制电路按控制方式分开环控制电路和闭环控制电路。前者主要用在要求不高的一些专用设备;后者具有自动控制和调节的作用，广泛应用在各种工作机械上。

按控制信号性质分模拟控制电路和数字控制电路。模拟信号最常采用的是直流电压和电流，便于用电的方法加以处理和变换;数字信号是一组信息参量具有离散值的不连续变化的信号。数字控制具有高精度，但电路较为复杂，价格昂贵。因此，实际上广泛应用的是数字模拟混合式控制电路。此外，采用微型计算机的控制电路也具有很多优点。 3.分类

一般用途变流器 converter，general purpose

由一个或多个电子开关器件和相关的元器件，与变压器、滤波器、换相辅助器件、控制器、保护和辅

助部件(若有)组成的，用于改变一个或多个电气特性的电力变换用的工作单元。

整流 rectifying-rectification

起交流变换成直流作用的变流器称为整流器，可以是不可控的或可控的。

逆变 inverting,inversion

逆变器起直流变换成交流的作用。

交流变流器converter,a. c.

将给定电压、频率和相数的交流电变换成不同电压、频率和/或相数的交流电的变流器。

变频器 converter,adjustable frequency

用于改变频率的变流器。

间接交流变流器(有直流环节变流器) converter,in directa .c .( converterd .c .l inked)

带中间直流环节的变流器。

直接交流变流器converter,di recta .c .

无中间直流环节的变流器。

外部换相变流器converter,externally commutated

换相电压由交流电源、交流负载或变流器之外的其他交流源提供的变流器。

电网换相变流器converter,li ne-sidec ommutated

换相电压由交流输入提供的变流器。

自换相变流器 converter,se lf-commutated

由变流器内部元件完成换相的变流器。

负载换相变流器converter,lo ad-sidec ommutated

换相电压由交流负载提供的变流器。

电压源型交流/交流变流器converter,a. c. /a .c.voltage source

提供基本上不受负载值影响且输出电压可调的变流器。

电流源型交流/交流变流器converter,a. c. / a.c. c urrents ource

提供基本上不受负载值影响且输出电流可调的变流器。 4.电力变流器的分类

由晶闸管组成的电力变流器按所用换流方式的不同，可分为:

1) 电源换流式变流器;

2) 负载换流式变流器;

3) 自换流式变流器;

5.电力变流器的常见种类

常见的电力变流器有:

1) 整流器，用于交流到直流的变流;

2) 逆变器，用于直流到交流的变流;

3) 交流变流器，用于交流变流;

4) 直流变流器，用于直流变流。

6. 谐波危害

整流器、逆变器、变频器等等变流器，运行过程中一方面产生谐波电流污染电网，另一方面输出电压含高次谐波向空间辐射高频电磁波，污染电磁环境。因此，使用变流器，尤其是大功率变流器时，应采取必要的谐波抑制及谐波治理。

从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波，这时“谐波”这个词的意义已经变得与原意有些不符。正是因为广义的谐波概念，才有了“分数谐波”、“间谐波”、“次谐波”等等说法。

谐波产生的原因主要有:由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。

谐波 (harmonic wave)，从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。

牵引变流器变流器工作原理

1，概述

交流异步电动机的同步转速与电源频率的关系:

变频调速就是利用电动机的同步转速随电机电源频率变化的特性，通过改变电动机的供电频率进行调速的方法。利用半导体功率开关器件如IGBT等变频装置构成变频电源对异步电动机进行调速。

同步转速随电源频率线性地变化，改变频率时的机械特性是一组平行的曲线，类似于直流电机电枢调压调速特性。因此，从性能上来讲，变频调速是交流电机最理想的调速方法。

异步电机电压U与磁通Φ的关系: 1

有?式知，若不变，与成反比，如果下降，则增加，使磁路过饱和，励磁电流迅速上升，导致铁损增加，电机发热及效率下降，功率因数降低。如果上升，则减小，电磁转矩也就跟着减小，电机负载能力下降。由此可见，在调节的同时，还要协调地控制，即给电机提供变压变频电源，才可以获得较好的调速性能。

由变压变频装置给笼型异步电机供电所组成的调速系统叫做变压变频调速系统，它可以分为转速开环恒压频比控制、转速闭环转差频率控制系统，可以满足一般要求的交流调速系统。若调速系统对调速系统静、动态性能要求不高的场合，比如风机、水泵等节能调速系统，可以采用转速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案，其控制系统结构简单，成本也比较低。若要提高静、动态性能，可以采用转速反馈的闭环控制系统。若调速系统对静、动态性能的要求很高，则需要采用模拟直流电机控制的矢量控制系统。矢量控制系统是高动态性能的交流调速控制系统，但是需要进行大量复杂的坐标变换运算，而且控制对象参数的变化将直接影响控制精度。直接转矩控制系统是近十几年来继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流调速系统。它避开了矢量控制的旋转坐标变换，而是直接进行转矩“砰—砰”控制。

地铁列车和电动车组的调速系统，对静、动态性能的要求很高，采用矢量控制系统或直接转矩控制系统。地铁列车的牵引系统为直-交变频器，电动车组的牵引系统为交-直-交变频器。

随着电力半导体器件的发展，变频器的发展也经历了几个阶段。电力电子器件的可控性、模块化、控制手段的全数字化，利用了微机的强大信息处理能力，使软件功能不断强化，变频器的灵活性和适用性不断增强。随着网络时代的到来，变频器的网络功能和通信不断增强，它不仅可以与设备网的现场总线直接相连，还可以与信息交换实时数据。

2，牵引变流器工作原理

牵引变流器将直流电变成电压和频率可变的交流电，并采用采用正弦脉宽调制

(SPWM)方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电机，实现无级调速。

2.1，电压型PWM变频器主电路的原理图

图1 电压型PWM变频器主电路的原理图

2.2，变频器的调制方式

正弦波脉宽调制(SPWM)。

2.2.1，开关器件的门极驱动信号的产生

由三角波载频信号uc与三相正弦波参考信号ur相比较的方法产生。如图2所示。

图2 开关器件的门极驱动信号

2.2.2，开关器件IGBT的开关状态

当U为正时，V导通，V截止;U为负时，V截止，V导通; ,12,12当V为正时，V导通，V截止;V为负时，V截止，V导通; ,34,34当W为正时，V导通，V截止;W为负时，V截止，V导通。 ,56,56

V,V共有8种开关状态。其中:6种是工作状态，特点是三相负载接在不同16

电位上;2种是0开关状态，特点是三相负载接在相同电位上，同时接电源正极，

或同时接电源负极。

6种是工作状态为:

? V、V 、V导通，V、V 、V截止，A、B接电源正极，C接电源负极; 136245

? V、V 、V导通，V、V 、V截止，A、C接电源正极，B接电源负极; 145236

? V、V 、V导通，V、V 、V截止，B、C接电源正极，A接电源负极; 235146

? V、V 、V导通，V、V 、V截止，A、B接电源负极，C接电源极正; 245136

? V、V 、V导通，V、V 、V截止，A、C接电源负极，B接电源极正; 236145

? V、V 、V导通，V、V 、V截止，B、C接电源负极，A接电源极正。 146235

2种是0开关状态为:

?V、V 、V导通，V、V 、V截止，A、B、C都与电源正极接通; 135246

?V、V 、V截止，V、V 、V导通，A、B、C都与电源负极接通。 135246

2.2.3，A、B、C三点的电位波形

以直流电源负极(0V线)为参考电位。

当U为正时，V导通，V截止，U为正;U为负时，V截止，V导通, U为0; ,12A,12A当V为正时，V导通，V截止，U为正;V为负时，V截止，V导通, U为0; ,34B,34B当W为正时，V导通，V截止，U为正;W为负时，V截止，V导通, U为0。 ,56C,56C

A、B、C三点电位的波形如图3所示

图3 A、B、C三点电位的波形

2.2.4，正弦波脉宽调制(SPWM)的特点

这种调制方式的特点是:输出的PWM脉冲波形等幅、变宽，脉冲宽度变化呈正弦分布，各脉冲面积之和与正弦波下的面积成比例。因此，其调制波形接近于正弦波，谐波分量减少。

当改变参考信号ur的幅值时，脉宽随之改变，从而改变了主回路输出电压的大小。当改变ur的频率时，输出电压频率即随之改变。

2.2.5，载波比

载波与基准波的频率比定义为载波比N，N=fc/fr>1，它决定一个周期内电压的脉冲个数。按照载波比不同的处理方式，变频器有同步调制、异步调制和分段调制三种

(1)同步调制在变频调速时，载波频率与基准波频率同步变化，即载波比N为常数，因此，在逆变器输出电压的一个周期内调制脉冲数是固定的。若取N等于三的倍数，则同步调制能保证逆变器输出的正、负半波对称，也能保证三相平衡。但是，当输出频率很低时，相邻两脉冲的间距增大，谐波分量增加。这会使电机产生较大的转矩脉动和噪声，低速时运转不平稳。

(2)异步调制在变频器的变频范围内，载波比N不等于常数。在改变基准波频率时保持载波频率不变，因此提高了低频时的载波比，这样变频器输出电压在一个周期内的脉冲个数可随输出频率的降低而增加，相应地可以减少电机的转矩脉动，改善低速性能。但是，随着载波比的变化，很难保证三相输出间的对称关系，也会影响电机的平稳运行。

(3)分段同步调制将同步调制和异步调制结合起来，相互取长补短，形成分段同步调制。把变频器的整个变频范围划分成若干个频段，在每个频段内固定载波比。在不同的频段，N的取值不同，频率越低N越大。用同步调制保证输出波形对称，用分段调制可以改善低速性能，这就是这种方法的优点，也是它广泛采用的原因。

2.3，变频器的控制方式

2.3.1电压频率协调控制

如果变频调速过程中，磁通过大，会使铁心饱和，励磁电流过大会使绕组过热，严重时会烧坏电机;磁通过小时，电机出力不足，输出转矩小，电机的铁心不能充分利用，造成浪费。所以，变频调速时还要同时改变定子电压，以保证电机调速时保持每极磁通量为额定值。由关系式

可知，为了保持Φ恒定，改变频率时，就要相应地改变定子感应电势，使

按照上式确定的控制方法称为恒定电势频率比的控制方式。然而，绕组中的感应电势一般是难以直接测量和控制的。为了便于实现，我们通常采取近似的方法:当电势较高的时候，忽略定子绕组中的电阻压降和漏抗压降，用定子电压代替定子电势，使

这就是恒定压频比的控制方式。不论是恒定电势频率比还是恒定电压频率比都只能在基频以下运行。如果要在基频以上调速运行，频率可以大于额定频率，但是电压却不能大于额定电压，只能保持 = 。如果继续增大，这将使磁通与频率成反比地下降。如图4所示。

图4 恒压频比控制特性

如果电动机在不同转速下都有额定电流，则电机能在温升容许的情况下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化。在基频以下属于恒转矩调速的性质，在基频以上属于恒功率调速的性质。

高频高压时, 定子电压远大于定子阻抗压降, 定子阻抗压降可忽略不计，U?1E;但低频低压时，定子阻抗压降已经不能忽略，U?E，此时的压频比恒定已经不111

能保证磁通恒定。因此，低速时时引起电势和磁通的明显降低，将发生严重励磁不足和转矩减少的问题。

为了改善低速时机械特性，需要对电压给定进行补偿，即在低速时抬高压频比值，两种典型的改善压频比特性如图5中的曲线2和曲线3所示。

在非线性特性中，与在高频时是成正比的，但是随着频率趋于零，电压逐渐被提高。在偏置特性中，电压补偿量与频率比分量共同决定定子电压，故:

式中: 值根据不同负载的需要进行调整。

2.3.2 转差频率控制

从异步电动机的转矩方程式和稳态电路图可以看到，当S很小时，很小，一般为的2,,5,，可得近似的转矩与转差角频率的关系式:

上式表明:在S很小的范围内，只要能够维持气隙磁通不变，异步电动机的转矩近似地与转差角频率成正比。也就是说在异步电动机中控制，能够达到间接控制转矩的作用。控制转差频率就代表了控制转矩，这就是转差率控制地基本概念。

“保持磁通恒定”是基于稳态等效电路和稳态转矩公式而得到的结论。在动态过程中，磁通不可能保持恒定。加之在实际中，磁饱和和温度变化等引起的电机参数的变化都将导致气隙磁通的变化，使驱动性能降低，这是稳态的函数关系所不能自适应解决的稳态，所以转差率控制的精度保证是困难的。

转差频率控制的基本要点之一是保持磁通恒定，为此需要对定子电流进行调节。这种策略加强了对磁场的控制，有利于系统响应的快速和稳定性。但是对定子电流进行调节的规律是在稳态的情况下得到的，在动态过程中，一般说，并不能依此来保证磁通恒定。另外，转差频率控制仍然没有对电流的相位进行控制，这也会影响它对转矩的控制能力。

同恒压频比控制一样，转差频率控制所依赖的规律--不管是转矩与转差的关系，还是保持恒磁通时,定子电流与转差的关系，都是在稳态条件下得出的，不能

反映动态特性，因而仍然不能保证最优的动态性能。

2.3.3 矢量控制的变频调速系统

异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合、多变量的系统，通过坐标变换，可以使之降阶并解耦，但是并没有改变其非线性、多变量的本质。在标量控制中，动态性能不够理想，调节器的参数很难设计，究其原因在于仍采用单变量系统的控制思想，而没有从根本上解决非线性、多变量的特殊问题。

矢量控制，又称磁场定向控制。从原理上说，矢量控制方式的特征是:它把交流电动机解析成直流电动机一样的转矩发生机构，按照磁场与其正交电流的积就是转矩这一基本的原理，从理论上将电动机的一次电流分离成建立磁场的励磁分量和磁场正交的产生转矩的转矩分量，然后进行控制。其控制思想就是从根本上改造交流电动机，改变其产生转矩的规律，设法在普通的三相交流电动机上模拟直流电动机控制转矩的规律。

矢量变换控制的基本思路，是以产生同样的旋转磁场为准则，建立三相交流绕组电流、两组交流绕组电流和在旋转坐标上的正交绕组直流电流之间的等效关系。

由电动机结构及旋转磁场的基本原理可知，三相固定的对称绕组A、B、C，通过三相正弦平衡交流电流ia、ib、ic时，即产生转速为的旋转磁场，如图5(a)所示。

图5 等效旋转磁场下的不同绕组

实际上，产生旋转磁场不一定非要三相不可，除单相以外，二相、四相??.等任意的多相对称绕组，通过多相平衡电流，都能产生旋转磁场。图5(b)所示是两相固定绕组和，通以两相平衡交流电流和(相位相差90?)时所产生的旋转磁场，当旋转磁场的大小和转速都相同时，图5(a)和5(b)中所示的两套绕组等效。图5(c)中有两个匝数相等相互垂直的绕组M和T，分别通以直流电流和产生位置固定的磁通。如果使两个绕组同时以同步转速旋转，磁通自然随着旋转起来。这样也可以认为和图5(a)所示的绕组是等效的。

可以想象，当观察者站到铁心上和绕组一起旋转时，在他看来是两个通以直流

的相互垂直的固定绕组。如果取磁通的位置和M绕组的平面正交，就和等效的直流电动机绕组没有什么差别了。其中M绕组相当于励磁绕组，T绕组相当于电枢绕组。

由此可见，将异步电动机模拟成直流电动机进行控制，就是将A、B、C静止坐标系表示的异步电动机矢量变换到按转子磁通方向为磁场定向并以同步速度旋转的M-T直角坐标系上，即进行矢量的坐标变换。可以证明，在M-T直角坐标系上，异步电动机的数学模型和直流电动机的数学模型是极为相似的。因此，我们可以像控制直流电动机一样去控制异步电动机，以获得优越的调速性能。

矢量控制从原理上说可以得到与直流电动机相同的控制性能，但是矢量控制的运算中要使用电动机的参数。转差频率的运算中所采用的转子电阻值r随电动机的2温度而变化，在转矩控制精度上将产生问题。因此，设置转差补偿运算器，由电动机的定子电压、定子电流等检出转差频率的误差，自动地补偿转差频率，以求提高转矩控制的精度。

2.3.4直接转矩控制的变频调速系统

直接转矩控制方法是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型交流变频调速技术。尽管矢量控制在原理上优于标量控制，但是在实际上，由于转子磁链难以观测，系统性能受到电机参数的影响较大，以及复杂的矢量变换，都使它的实际控制效果难于达到理论分析的结果。直接转矩控制正是弥补了矢量控制的不足，它避免了复杂的坐标变换，减少了对电机参数的依赖性，以其新颖的控制思想、简洁明了的系统结果、优良的动静态性能备受人们的青睐，得到迅速的发展。

直接转矩控制的特点:

(1)在定子坐标系下分析交流机的数学模型，直接控制磁链和转矩，不需与直流机做比较、等效、转化等，省去了复杂的计算。

(2)直接转矩控制以定子磁场定向，只需定子参数，而不需随转速变化的，难以测定的转子参数，大大减少了参数变化对系统性能的影响。

(3)采用电压矢量和六边形磁链轨迹，直接控制转矩

(4)转矩和磁链都采用两点调节器(带滞环的band-band 控制)，把误差限制在容许的范围内，控制直接又简化。

(5)控制信号的物理概念明确，转矩响应迅速，而且无超调，具有较高的动静态性能。

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