异步电动机矢量控制变换公式推导的简化

1 异步电动机转矩的产生原理

异步电动机和直流电动机不一样，其旋转磁场或磁通虽然也是由外部三相交流电源提供，但影响因素很多，例如，电压、负载变化都会影响磁通，用简单的U/f 恒定控制在动态环境下(例如，起动、制动、负载突变)是不可能绝对保持磁通恒定。

为此，出现了一种“矢量控制”方法，即把矢量形式的定子电流I1分解为两种成分，一种是为建立磁通称为励磁成分，另一种是产生转矩称为转矩成分，而且可以分别独立地进行控制。矢量控制的实质是动态控制U员、f，使椎m在静、动态时均绝对保持恒定，最终达到电动机转矩精密可控的目的。

图1 为基于矢量控制的概念，把异步电动机产生转矩的原理与直流电动机作比较。图1(a)为直流电动机励磁绕组产生磁通的原理图，若从电刷方向来看电枢，可见励磁绕组轴与电枢绕组轴是直交的。若励磁磁通的方向为椎，电枢电流的方向为Ia，则根据法拉第左手定律可确定电枢绕组的受力方向为F，亦即电动机产生的转矩为

Lm为电枢绕组与励磁绕组间互感。

图1(b)为矢量控制的异步电动机转矩产生的原理示意图。图中，定子绕组上加了三相交流电压，则绕组中将流过三相交流电流，根据“物理电磁学”原理，三相交流电流将产生合成的旋转磁

以上就是把异步电动机与直流电动机作对比，考虑的基于矢量控制的异步电动机转矩产生的原理。

这样，若从定子旋转磁场坐标系来看，则认为该坐标轴上有两个固定的(集中的)相互直交的两个绕组，其中分别流过电流IM 和IT;并认为IM 是产生旋转磁场磁通椎m的励磁电流成分，IT则为产生转矩的并在定子侧反映出的转矩电流成分，它与转子电流I22对应。

在矢量控制中，由于励磁电流IM设定为恒值，磁通椎m与旋转磁场的速度无关，而IT是变化的，则转矩将和IT成比例关系并可自由调节。

2 与定子三相电流对应的IT和IM

该公式与用传统MT/琢茁/abc 计算方法所得出的结论是一致的，但避开了交流三相/二相变换和矩阵公式运算。

3 转差频率型矢量控制变频调速系统

既然异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电动机了。由于进行坐标变换的是电流(代表磁势)的空间矢量，所以通过坐标变换实现的控制系统就叫做矢量控制系统(VectorControl System)，简称VC 系统。

4 检测电机转速的转差频率型矢量控制变频调速系统

作者简介：

冯垛生，1958 年毕业于浙江大学电机系，教授，硕士生导师。现任广东省自动化学会理事，广东省教授级高工评委会委员，《变频技术应用》《变频器世界》杂志编委。公开出版著作6 册、发表论文80篇。