A
iA A
图5-2a 三相交流绕组
（2）等效的两相交流电机绕组
ωs
F
i
i
图5-2b 两相交流绕组
（3）旋转的直流绕组与等效直流电机模型
F
q s
d
iq d
q
id
图5-2c 旋转的直流绕组
B
N3iB
60o 60o
N2iβ N2i
N3iA A
N3iC
C
图5-3 三相和两相坐标系与绕组磁动势的空间矢量
把两个坐标系画在一起，即得图5-4。
q
s
iβ
Fs
iq
iqcos d id
idsin
i iqsin
idcos
图5-4 两相静止和旋转坐标系与磁动势（电流）空间矢量
• 2s/2r变换公式
iαidcosiqsin iβidsiniqcos
• 两相旋转—两相静止坐标系的变换矩阵
写成矩阵形式，得
iiβ αc so in s csoisniid qC 2r/2siid q（5-8）
表6-1 直接转矩控制系统和矢量控制系统特点与性能比较
性能与特点
直接转矩控制系统
矢量控制系统
磁链控制
定子磁链
转子磁链
转矩控制
砰-砰控制，有转矩脉动
连续控制，比较平滑
坐标变换
静止坐标变换，较简单 旋转坐标变换，较复杂
转子参数变化影响
无[注]
有
调速范围
不够宽
比较宽
[注] 有时为了提高调速范围，在低速时改 用电流模型计算磁链，则转子参数变化对 DTC系统也有影响。
令 C3/2 表示从三相坐标系变换到两相坐标系的
变换矩阵，则
C3/ 2
2 1
3 0
1 2 3
2
1 2 3 2
C 2/3
1
2 3
1 2
1 2
0
3
2
3 2
（5-4）
（5-5）
如果三相绕组是Y形联结不带零线， 则有 iA + iB + iC = 0，或 iC = iA iB 。 代入式（5-4）和（5-5）并整理后得
U/F控制
开环
闭环
<1：40
<1：40
矢量控制
无速度传感器 带速度传感 器
1：100
1：1000
直接转矩控制 1：100
3HZ时150％ ±（2～3）
％
无
不可
3HZ时150％ ±0.03％
速度传感器 不可
1HZ时150％ ±0.2％
无 不可
0HZ时150％ ±0.2％
速度传感器 可
0HZ时150％ ±（0.1～0.5）
3
i
α
iβ
2 1
2
0 2
iA iB
（5-6）
2
iA iB
3 1
6
0 i
1
iβα
2
（5-7）
按照所采用的条件，电流变换阵也就是 电压变换阵，同时还可证明，它们也是磁 链的变换阵。
3. 两相—两相旋转变换（2s/2r变换）
从图5-2等效的交流电机绕组和直流电机绕 组物理模型的图 b 和图 c 中从两相静止坐标 系到两相旋转坐标系 d、q 变换称作两相—两 相旋转变换，简称 2s/2r 变换，其中 s 表示静 止，r 表示旋转。
式中
cos sin C2r/2s sin cos
（5-9）
是两相旋转坐标系变换到两相静止坐标系 的变换阵。
对式（5-8）两边都左乘以变换阵的逆矩 阵，即得
iid q c so in s c s o is n 1 iiβ α c s o is n c so in s iiβ α
(5-10)
按转子磁链定向
现在d轴是沿着转子总磁链矢量的方向， 并称之为 M轴，而 q 轴再逆时针转90°， 即垂直于转子总磁链矢量，称之为 T轴。
这样的两相同步旋转坐标系就具体规定 为 M，T 坐标系，即按转子磁链定向的坐 标系。
表6-1 直接转矩控制系统和矢量控制系统特点与性能比较
性能与特点
直接转矩控制系统
矢量控制系统
磁链控制
定子磁链
转子磁链
转矩控制
砰-砰控制，有转矩脉动
连续控制，比较平滑
坐标变换
静止坐标变换，较简单 旋转坐标变换，较复杂
转子参数变化影响
无[注]
有
调速范围
不够宽
比较宽
• 通用变频器的结构
整流滤波单元
(1)整流单元 三相桥式不可控整流电路。 (2)逆变单元 由6个大功率开关管组成的三相桥式电路。 大功率开关多为IGBT模块。 (3)滤波环节 电阻与电解电容器。
• 异步电机的坐标变换结构图
A B C
iA iB iC
i 3/2 i
it VR im
等效直流 电机模型
异步电动机
图5-8 异步电动机的坐标变换结构图 3/2——三相/两相变换; VR——同步旋转变换;
——M轴与轴（A轴）的夹角
• 矢量控制系统原理结构图
~
给定
i*m
信号
控制器i*t
+
i* VR-1 i*
设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁 动势与二相总磁动势相等时，两套绕组瞬时
磁动势在 、 轴上的投影都应相等，
N 2 i α N 3 i A N 3 i B c6 o N 0 3 i s C c6 o N 0 3 s ( i A 1 2 i B 1 2 i C ) 3
N 2 iβ N 3 iB s6 in 0 N 3 iC s6 in 02N 3 (iB iC )
％
无
可
慢
慢
较快
快
快
表11-1 变频器控制方式的性能特点
特
优点
结构简单、调 节容易、可用 于通用笼型异 步电动机
结构简单、调 速精度高、可 用于通用笼型 异步电动机
不需要速度传 感器、力矩的 响应好、速度 控制范围广、 结构较简单
写成矩阵形式，得
i iβα
N3 N2
1 0
1 2 3
2
1223iiiACB
（5-1）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
考虑变换前后总功率不变，在此前提下， 可以证明匝数比应为
N3 2 N2 3
（5-2）
代入式（5-1），得
i
iβα
21 30
1 2 3
2
1223iiiACB
（5-3）
• 三相—两相坐标系的变换矩阵
i*A
2/3
i*B i*C
iA 电流控制 iB 变频器 iC
s
i
im
等效直流
3/2 iβ VR
电机模型
异步电动机 it
反馈信号
图5-9 矢量控制系统原理结构图
q
电枢绕组
A
ia
励磁绕组
F d
if
ic C
补偿绕组 图5-1 二极直流电机的物理模型
（1）交流电机绕组的等效物理模型
B iB
B
iC
C
C
F ωs
从上表可以看出，如果在现有的DTC系 统和VC系统之间取长补短，构成新的控制 系统，应该能够获得更为优越的控制性能， 这是一个很有意义的研究方向。
图5－2 变频器直接转矩控制系统框图
控制方式 比较项目
速度控制 范围
启动转矩 静态速度
精度 反馈装置 零速度运
行 控制响应
速度
表11-1 变频器控制方式的性能特点