逆变器矢量控制简述

逆变器矢量控制简述

答案：1.直接转矩控制的工作原理

直接转矩控制技术利用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标下计算和控制交流电动机的转矩。它采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它省掉了复杂的矢量变换与电动机数学模型的简化处理，没有通常的PWM信号发生器，它的控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信号处理的物理结构明确。该控制系统的转矩响应迅速，限制在一拍以内，且无超调，是一种具有高性能的交流调速方法。

2.直接转矩控制与矢量控制的异同点

1)直接转矩控制与矢量控制的相同点是：两者都是对转矩和磁链进行控制。

2)从以下几个方面说明直接转矩控制与矢量控制的不同之处：

①控制特点。

a．矢量控制以转子磁通的空间矢量作为定向，为此在控制过程中，需要电动机的参数多，定向准确度受参数变化的影响较大；要进行复杂的等效变换(旋转变换、2/3变换等)，调节过程需要若干个开关周期才能完成，故响应时间较长。

b．而直接转矩控制是直接在定子坐标系下分析交流电动机数学模型，控制交流电动机的磁链和转矩。为此在控制过程中，只需要电动机的定子电阻一个参数，既易于测量，定向准确度也高，不必进行等效变换，故动态响应快；容易实现无速度传感器控制。

②脉宽调制。

a．矢量控制采用正弦脉宽调制方式，故必须有SPWM发生器，结构复杂；输出电流的谐波分量较小，冲击电流小；载波频率是固定的，电磁噪声小。

b．直接转矩控制不采用正弦脉宽方式，而采用“砰—砰”控制方式，逆变电路的开关状态(是否有电压输出)取决于实测转矩信号与给定转矩信号之间进行比较的结果：当实际转矩信号大于给定转矩信号时，逆变电路有电压输出。当实际转矩信号小于给定转矩信号时，逆变电路无电压输出。因此，不需要PWM发生器，结构简单，且转矩响应快；输出电流的谐波分量较大，冲击电流也较大，逆变器输出端常常需要接入输出滤波器或输出电抗器，但这又会导致输出电压偏低；逆变电路的开关频率不固定，电动机的电磁噪声较大。

FOC矢量控制及仿真

矢量控制技术，简称FOC，是一种精密控制电机性能的方法，它利用变频器调整电流和电压，精细操控电机的转矩和磁场。在电机控制中，FOC尤其适用于直流无刷电机（BLCD）和永磁同步电机（PMSM），通过精确控制磁场和转速，实现电机平稳运行、低噪声、恒定转矩、快速响应和精确控制。

电机原理中，我们运用右手定则和左手定则理解电机工作原理。直流无刷电机通过电子换向器替代碳刷，提高效率和寿命。在无刷电机中，通过控制ABC三相电流产生磁场，驱动永磁体旋转，而BLCD和PMSM电机的区别在于电流波形的平滑程度，PMSM的正弦波驱动可以消除颗粒感。

无刷电机的驱动电路采用三相逆变器，MOS管作为高速开关元件，通过控制电压来控制电流方向。逆变电路通过SVPWM技术合成不同空间电压矢量，产生所需的电流波形。FOC控制流程包括采样、变换（Clack和Park）和逆变器操作，涉及位置、速度和电流闭环控制，确保电机按照预设目标运行。

仿真部分，通过Simulink模型展示了FOC在不同输入（恒速、变速和指定位置）下的性能。无论是恒速、变速还是定位控制，FOC都能有效跟踪目标，展示出其在实际应用中的优越性能。通过仿真结果的分析，可以深入理解FOC矢量控制在电机控制中的实际应用和效果。

矢量控制与SVPWM的联系？

矢量控制技术通过分解定子电流为磁场电流和转矩电流，实现了对电机磁场和转矩的独立控制。磁场电流主要负责维持电机磁场的稳定，而转矩电流则直接关系到电机转矩的输出。这两个电流经过电流环控制后，会反馈给控制系统，但它们并不是SVPWM（空间矢量脉宽调制）的直接输入。

实际上，SVPWM是基于定子磁链和转矩电流的控制策略，用于逆变器输出电压的精确控制。SVPWM通过生成一系列的脉冲宽度调制信号，使逆变器输出的电压波形能够逼近期望的电压矢量，进而实现对电机的精确控制。

在矢量控制中，电流环和SVPWM各自发挥着重要的作用。电流环负责精确控制电机的电流，确保磁场和转矩的稳定输出。而SVPWM则通过调整逆变器的输出电压，使得电机的运行状态能够满足预设的要求。两者在电机控制中相辅相成，共同实现对电机的高效控制。

具体来说，电流环的输出会作为SVPWM的参考信号，用于确定期望的电压矢量。SVPWM根据这些参考信号生成脉冲序列，调节逆变器的输出，从而实现对电机的精确控制。这种控制方式不仅提高了电机控制的灵活性，还大大提升了控制精度和动态响应性能。

总结来说，矢量控制和SVPWM在电机控制中扮演着不同的角色。矢量控制负责电流的精确控制，而SVPWM则通过调整电压波形，实现对电机的精确驱动。两者结合，使得电机控制系统的性能得到了显著提升。

矢量变频器工作原理 矢量变频器和普通变频器的区别

矢量变频器工作原理

矢量变频器通过矢量控制技术，将三相系统等效变换为M-T两相系统，将交流电机定子电流分解成磁通和转矩两个直流分量，实现精确控制。矢量控制通过坐标变换，精确控制电机磁通和转矩，从而达到与直流电机相似的控制效果。

矢量控制原理涉及磁场定向定子电流分量，给定值和滑差角频率给定值，以及电机转速测量，经过积分运算得出转子磁通位置角θ，并送至旋转变换环节。

矢量变频器系统组成：采用交直交电压型结构和SVPWM脉宽调制方式。系统包括三相整流器、滤波电容、电压型逆变器、逆变器驱动电路、三相笼型异步电机和双DSP控制系统。其中，双DSP控制系统由VC33子系统、F240子系统和数据交换单元三部分构成，实现矢量控制核心算法及两相电流检测。

矢量变频器和普通变频器的区别

矢量变频器与普通变频器主要区别在于控制精度和低转速输出转矩上。矢量变频器控制精度更高，可在低转速下提供大转矩，适用于重负载启动场景，如大功率长皮带和提升机等。

普通变频器在启动重负载时，由于输出转矩不足，可能导致电机启动困难，甚至出现堵转或过电流故障。而矢量变频器则能确保在重负载启动时，电机能够顺利启动并稳定运行。

例如，在水泵控制中，使用风机水泵专用型或通用型变频器即可满足需求，无需选择价格更高的矢量变频器。

矢量控制方式类似于开车时的“速度控制”。V/F控制方式下的频率设定值固定不变，类似于油门开度固定不变，但车速会因道路变化而变化。矢量控制方式则通过调整油门开度，确保车速在各种路况下保持恒定，提高速度控制精度。

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1.1永磁同步电机——矢量控制（FOC）

永磁同步电机（PMSM）的矢量控制，主要目标是通过控制逆变器输出电压，得到相应的转速。矢量控制核心在于Clark变换与Park变换，这两变换分别将三相定子电流分解为励磁分量和转矩分量，对于表贴式永磁同步电机，主要控制励磁，也会影响转矩。

一、三相PMSM坐标变换：

Clark变换和Park变换是坐标系之间的转换方式。Clark变换将自然坐标系ABC坐标转换到静止坐标系[公式]，Park变换则相反。Clark变换的坐标变换矩阵为[公式]，反Clark变换矩阵为[公式]。Park变换中，坐标变换矩阵为[公式]，反Park变换矩阵为[公式]。基于此变换，得到自然坐标系ABC到同步旋转坐标系[formula] 的关系。

二、PMSM数学建模：

基于Park变换的数学模型中，定子电压方程、磁链方程可得到电磁转矩方程，以及几个关键的关系式。

三、三相空间矢量：

三相空间矢量技术采用逆变器空间电压矢量切换，通过该技术可获得准圆形旋转磁场，达到改善控制性能、减少谐波、提高电压利用率、降低电机转矩脉动的目的。空间矢量合成的方法将逆变器三相输出的标量转换为矢量，其运动轨迹如下图所示。

四、SVPWM算法实现：

实现三相空间矢量变换的技术，即SVPWM算法，首先需判断电压空间矢量的扇区，确定合成矢量使用的基矢量。计算各矢量作用时间，最后确定矢量切换点。

五、基于PI调节器的PMSM矢量控制仿真：

基于给定参数，通过simulink建立电机模型，设定仿真条件，结果显示转速、转矩及三相定子电流波形。

结语：

以上内容涉及的理论知识源自《现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真》一书。如有需求，可前往闲鱼购买电子版及仿真模型。欢迎在评论区就永磁同步电机知识进行友好交流。

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