電機矢量控制的重要分析方法

　　在電機的運行中，是由電機定子和轉子磁場同步旋轉，建立的一個具有同步旋轉速度的旋轉坐標系，這個旋轉坐標系就是常說的D-Q旋轉坐標系。在該旋轉坐標系上，所有電信號都可以描述為常數(shù)。為了方便電機矢量控制問題的研究，能否由儀器直接得到D-Q變換的結果呢?

　　D-Q變換是一種解耦控制方法，它將異步電動機的三相繞組變換為等價的二相繞組，并且把旋轉坐標系變換成正交的靜止坐標，即可得到用直流量表示電壓及電流的關系式。D-Q變換使得各個控制量可以分別控制，可以消除諧波電壓和不對稱電壓的影響，由于應用了同步旋轉坐標變換，容易實現(xiàn)基波與諧波的分離。

　　由于直流電機的主磁通基本上唯一地由勵磁繞組的勵磁電流決定，所以這是直流電機的數(shù)學模型及其控制系統(tǒng)比較簡單的根本原因。

　　如果能將交流電機的物理模型等效地變換成類似直流電機的模式，分析和控制就可以大大簡化。坐標變換正是按照這條思路進行的。

　　交流電機三相對稱的靜止繞組A 、B 、C ，通以三相平衡的正弦電流時，產生的合成磁動勢是旋轉磁動勢F，它在空間呈正弦分布，以同步轉速ws(即電流的角頻率)順著A-B-C的相序旋轉。這樣的物理模型繪于下圖中。

　　旋轉磁動勢并不一定非要三相不可，除單相以外，二相、三相、四相等任意對稱的多相繞組，通以平衡的多相電流，都能產生旋轉磁動勢，當然以兩相最為簡單。圖2中繪出了兩相靜止繞組a和b，它們在空間互差90°，通以時間上互差90°的兩相平衡交流電流，也產生旋轉磁動勢F。

　　當圖1和2的兩個旋轉磁動勢大小和轉速都相等時，即認為圖2的兩相繞組與圖1的三相繞組等效。圖3兩個匝數(shù)相等且互相垂直的繞組d 和q，其中分別通以直流電流id和iq，產生合成磁動勢F，其位置相對于繞組來說是固定的。如果讓包含兩個繞組在內的整個鐵心以同步轉速旋轉，則磁動勢F自然也隨之旋轉起來，成為旋轉磁動勢。把這個旋轉磁動勢的大小和轉速也控制成與圖1 和圖2中的磁動勢一樣，那么這套旋轉的直流繞組也就和前面兩套固定的交流繞組都等效了。

　　圖3 旋轉的直流繞組

　　由此可見，以產生同樣的旋轉磁動勢為準則，圖1的三相交流繞組、圖2的兩相交流繞組和圖3中整體旋轉的直流繞組彼此等效?；蛘哒f，在三相坐標系下的iA、iB 、iC，在兩相坐標系下的ia、ib和在旋轉兩相坐標系下的直流id、iq是等效的，它們能產生相同的旋轉磁動勢。

　　D-Q坐標變換的應用

　　電機坐標變換理論在電氣工程領域已經被廣泛應用，不但在電機控制及瞬態(tài)分析方面被廣泛應用，而且在電力系統(tǒng)故障分析以及電網電能質量的檢測與控制等領域也被采用，電機坐標變換理論的應用主要有以下幾方面。

　　1、電機控制

　　2、電機的瞬態(tài)運行分析

　　3、電機的故障診斷

　　測試方法

　　D-Q變換在電機測試中的應用非常廣泛。只要能準確得到轉子位置和準確測量三相信號的電流，使用高速的FPGA并行實現(xiàn)實時的算法運算，通過clark變換將相對定子靜止的三相坐標系轉換為相對定子靜止的兩相坐標系，得出對應的變換輸出Iα和Iβ，然后使用park變換，將相對定子靜止的兩相坐標系轉換為相對轉子靜止的兩相坐標系從而算出ID和IQ。電機控制過程是反變換過程，首先設定勵磁電流和轉矩電流，然后變換到相對定子靜止的兩相，然后變換到相對定子靜止的三相，從而實現(xiàn)對電機的控制。

　　目前ZLG致遠電子正計劃在功率分析儀中實現(xiàn)此D-Q變換功能，可以為電機控制提供參考，電機控制過程可以通過對比設定的值和功率分析儀測試的結果進行電機控制的研發(fā)設計，故障排查，算法優(yōu)化等。