矢量控制系统的构想

    设想以产生同样的旋转磁场为准则，在三相坐标系下的定子交流电流iA、iB、iC，通过三相/两相(3/2)变换，可以等效成两相静止坐标系下的交流电流iα1、iβ1，再通过按转子磁场定向的旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系下的直流电流im1、it1。如果观察者站到铁芯上与坐标系一起旋转，他所看到的便是一台直流电动机，原交流电动机的转子总磁通Φ2就是等效直流电动机的磁通。im1相当于励磁电流，jt1相当于与转矩成正比的电枢电流。

    把上述等效关系用结构图形式画出来，使得到图3-14。从整体上看，是一台输人为A、B、C三相电压，输出为转速ω的异步电动机。但从内部看，经过3/2变换和VD同步旋转变换，变成一台由im1、it1输入、ω输出的直流电动机。可以想象矢量控制交流变压变频调速系统的静、动态性能应该完全能够与直流调速系统相媲美。

    由图3-14的构想可得出如下几点结论。

    3/2-三相/两相变换VR-同步旋转变换φ-转子磁场轴与A轴夹角

    图3-14    异步电动机的坐标变换结构图

    ①矢量控制变频调速系统是带转速闭环的变频器，具有和直流调速一样的高精度、高动态性能。但随之带来的缺点是需要安装价格较高的数字测速计。此外，3/2变换、VR旋转变换、相位角φ的大小均需进行复杂的计算，不仅需测出电动机参数，还含有微分和积分运算，因此，对控制的要求较高，一般8位单片机运算速度不够，需用32位单片机。

    ②矢量控制变频器的通用性差。因为计算im、it、φ时需用到电动机参数，如互感、定子转子电阻、电感等，因此，早期的矢量控制变频器要配专用的电动机，电动机型号改变或功率改变、电动机温升变化都会影响到im、it、φ的计算，使矢量控制状态被破坏。20世纪90年代后发展的参数自检测和参数自适应控制，使通用性问题基本得到解决。

    ③矢量控制变频器从机理上说，也是一个变压变频控制系统，能准确的保持电动机的恒磁通、恒转矩，使任何时刻Eg/f为常数(Eg为转子反电势)。它之所以能做得比VVVF系统好，是因为进行了定子电流i1的瞬时值控制。不仅控制i1的幅值I1（调压），且控制了i1的相位φ。由于ω1=2πf1，ω1=dφ/dt，故φ与电动机的频率（转速）有关。此外，它也比转差频率控制变频器做得好。后者虽然也是速度闭环系统，不断的调节I1（调压）和ω1（变频），但I1是电流的平均值，调节速度没有瞬时值快，故矢量控制理所当然地淘汰了转差频率控制并逐步代替VVVF控制。

    ④由于矢量控制的系统原理图相当复杂，而本书定位为“应用指南”，故不准备用过多的篇幅对其进行阐述。读者如有兴趣可参阅有关变频器原理的著作。