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【摘要】异步电动机的矢量控制是在电机统一理论以及机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的，其具有先进性、新颖性以及实用性等特点。本文结合多年从事异步电动机矢量控制技术若干问题分析研究工作积累的一些经验，简要的讲述了矢量控制理论的原理，对异步电动功率环节PWM技术进行了一些的分析和阐述，并且对矢量控制系统进行了简单的介绍，进而改善异步电动机矢量控制技术。
【关键词】异步电动机；矢量控制技术；若干问题；分析
中图分类号：TM32 文献标识码：A 文章编号：
前言
在电厂的运行中，异步电动机起着非常大的作用，尤其是三相交流高压异步电动机运行的好坏直接影响着电厂的运行的稳定性。但是，近几年来，异步电动机控制技术还不够成熟，并且成为了严重制约着三相交流异步电动的正常运行与未来的发展的因素。因此，为了保证三相交流高压异步电动机的安全运行，相关的电气工作人员必须掌握三相交流异步电动机矢量控制技术以及安全运行的基本知识，不断功率变换电路的结构，使其控制性能也得到改善与提高，并且做到尽可能及时发现和解决三相交流电动机的事故隐患，从而保证异步电动机的正常安全运行。
异步电动机矢量控制技术的概况
矢量控制是一种具有先进性、新颖性和实用性等特点的新兴异步电动机控制技术，其是在电机统一理论以及机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的。异步电动机矢量控制技术的主要思想是，将基于转子磁链定向的同步旋转坐标系下的定子电流矢量，分解成两个分量：一个分量与转子磁链矢量垂直，称为转矩电流分量；另一个分量与转子磁链矢量重合，称为励磁电流分量。异步电动机矢量控制技术的核心是通过控制励磁电流分量和转矩电流分量的大小，控制定子电流矢量，从而实现他励直流电动机对磁场和转矩的解耦控制。矢量控制的基本原理是：将转子磁通旋转的空间矢量作为参考坐标，通过利用从静止坐标系到旋转坐标系的变换，将定子电流中分成励磁电流分量与转矩电流分量两种独立标量，并且进行分别控制。然后，再通过坐标变换重建的电动机模型，从而等效为一台直流电动机，最终实现像直流电动机那样进行快速的转矩以及磁通的控制。矢量控制系统因其具有可对转矩实行较为精确控制、调速范围很宽广、系统的动态响应速度快以及电动机的加速度特性很好的特点，被广泛应用于各个领域。
异步电动机矢量控制技术的发展
由于直流电机自身存在的一些结构复杂、使用机械换向器和电刷的缺点，加上其具有难以克服的固有的缺点，如存在换向火花和电磁干扰、造价高、维护难、寿命短以及电机的最高转速、单机容量和最高电压都受到一定的限制，因而交流电机被广泛应用于各个领域，并且得到迅猛发展。而在交流电机被广泛应用与推广的过程中，异步电动机的控制一直是异步电动机进一步发展的首要难题，而随着交流变频调速技术的发展与成熟，大大改变了这一现状，真正实现了交流调速逐步代替直流调速的时代已经到来。交流变频调速以其快速的起、制动性能，高效率、高功率因数和节电效果以及优异的调速，并成为国内外公认为最有发展前景的调速方式。近年来，随着我国自动控制技术的迅速发展以及人们节能意识的不断提高，正是由于电力电子技术和控制技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速性能相媲美。如今，基于空间电压矢量调制技术的矢量控制系统以及变频调速技术已经成为当今节电、改善工艺流程以及推动技术进步、提高产品质量和改善环境的一种主要手段。因此，采用矢量变频器异步电机变频调速，可以达到控制结构简单，可靠性高的效果。
功率环节PWM技术的简介
4.1功率环节PWM技术的发展史
PWM控制技术是电机驱动控制的核心技术之一，其原理是，利用功率开关器件的通断把直流电压变换成电压脉冲列，并通过控制改变电压的脉冲宽度以及周期，从而达到变频以及变压的目的。在VVVF控制技术发展的早期，由于当时的功率开关器件只是普通晶闸管等半控型器件，其开关频率不高，所以一般采用PAM工作方式，而其逆变器输出的交流电压也只能是方波，再通过改变中间直流电压的大小，使方波的有效值随着输出频率而改变，改变方波的幅值。而随着全控型功率开关器件GTR、MOSFET、IGBT的不断发展，才产生了今天的PWM技术，从而简化了电路的结构，而且用全波整流代替了相控整流，同时了高次谐波对电网的冲击，减小了电动机在低频区的转矩脉动问题，也降低了电动机的谐波损耗和噪声，而且提高了输入端的功率因数。
4.2功率环节PWM技术的分类
PWM控制技术有许多种类型，并且随着新技术的不断涌现，还在不断发展中。但是，一般从控制思想上分，可以将其分为四类，其中包括正弦波PWM法(SPWM法)、空等脉宽PWM法、间电压矢量PWM法(SVPWM法)以及电流跟踪型PWM法。
异步电动机矢量控制系统
5.1异步电动机矢量控制系统的简介
异步电动机矢量控制系统是工业系统变频系统应用的主流控制方式，其是通过电机数学模型对电压以及电流等变量的分析，进行解耦而实现有效控制的。异步电动机矢量控制系统不仅可以分别对异步电动机的磁通以及转矩电流进行检测和控制，还可以自动改变电压和频率，从而使指令值和检测实际值达到一致，最终实现了变频调速，提高转速精度以及转速响应速度，大大提高了电机控制静态精度以及动态品质。其主要表现在以下几个方面：
（1）零转速起进行速度控制。
异步电动机矢量控制系统可以实现从零转速起进行速度控制，并且可以对转矩实行较为精确控制。
（2）电动机的加速度特性很好。
系统的调速范围很宽广，并且系统的动态响应速度很快。
5.2异步电动机矢量控制系统的分类
一般的，针对不同的应用场合与环境，异步电动机矢量控制系统可以分为两类，即，带速度反馈的控制系统和不带速度反馈的控制系统。其中，带速度传感器矢量控制变频器的异步电机是由闭环变频调速技术控制，其性能虽较好，但是其需要在异步电动机轴上安装速度传感器，这样就会降低异步电动机结构坚固度以及可靠性。此外，，在一些特殊情况下，由于受到电动机环境或本身的因素的影响，无法安装速度传感器，与此同时，该系统在增加了反馈电路和其他辅助环节的同时，也就增加了出故障与问题的概率。因此，在对系统的调速范围、转速精度和以及动态品质要求不是特别高的条件下，一般会采用无速度传感器的矢量变频开环控制异步机变频调速。
结束语
综上所述，异步电动机矢量控制技术在机电控制领域将发挥着越来越重要的作用。而异步电动机矢量控制技术作为一种迅速发展的变频控制算法理论，已经在交流调速系统中得到广泛应用。随着电力电子技术和微电子技术的高速发展，尤其是是大功率开关管IGBT以及MOSFET、新型高性能控制器DSP与FPGA的出现，异步电动机的变频调速系统未来将向着全数字化。我相信，随着我国电力电子器件以及控制芯片的研发、现代控制理论的不断完善与大规模集成电路的不断发展，各种新型控制策略还会不断涌现，交流异步电动机的控制技术展现出更为广阔的前景。
【参考文献】
[1]刘述喜,王明渝.高性能中高压三电平异步电动机矢量控制系统[J].高电压技术,2008(6).
[2]陆玉军,邓智泉,朱熀秋.基于CRPWM的无轴承异步电动机矢量控制系統[J].南京航空航天大学学报,2002(2).
[3]孙鹏飞,冯晓云.基于DSP异步电动机矢量控制系统的设计与实现[J].电力电子技术,2010(7).
[4]付华,冯爱伟,徐耀松.基于单神经元控制器的异步电动机矢量控制[J].中国电机工程学报,2006(1).
【关键词】异步电动机；矢量控制技术；若干问题；分析
中图分类号：TM32 文献标识码：A 文章编号：
前言
在电厂的运行中，异步电动机起着非常大的作用，尤其是三相交流高压异步电动机运行的好坏直接影响着电厂的运行的稳定性。但是，近几年来，异步电动机控制技术还不够成熟，并且成为了严重制约着三相交流异步电动的正常运行与未来的发展的因素。因此，为了保证三相交流高压异步电动机的安全运行，相关的电气工作人员必须掌握三相交流异步电动机矢量控制技术以及安全运行的基本知识，不断功率变换电路的结构，使其控制性能也得到改善与提高，并且做到尽可能及时发现和解决三相交流电动机的事故隐患，从而保证异步电动机的正常安全运行。
异步电动机矢量控制技术的概况
矢量控制是一种具有先进性、新颖性和实用性等特点的新兴异步电动机控制技术，其是在电机统一理论以及机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的。异步电动机矢量控制技术的主要思想是，将基于转子磁链定向的同步旋转坐标系下的定子电流矢量，分解成两个分量：一个分量与转子磁链矢量垂直，称为转矩电流分量；另一个分量与转子磁链矢量重合，称为励磁电流分量。异步电动机矢量控制技术的核心是通过控制励磁电流分量和转矩电流分量的大小，控制定子电流矢量，从而实现他励直流电动机对磁场和转矩的解耦控制。矢量控制的基本原理是：将转子磁通旋转的空间矢量作为参考坐标，通过利用从静止坐标系到旋转坐标系的变换，将定子电流中分成励磁电流分量与转矩电流分量两种独立标量，并且进行分别控制。然后，再通过坐标变换重建的电动机模型，从而等效为一台直流电动机，最终实现像直流电动机那样进行快速的转矩以及磁通的控制。矢量控制系统因其具有可对转矩实行较为精确控制、调速范围很宽广、系统的动态响应速度快以及电动机的加速度特性很好的特点，被广泛应用于各个领域。
异步电动机矢量控制技术的发展
由于直流电机自身存在的一些结构复杂、使用机械换向器和电刷的缺点，加上其具有难以克服的固有的缺点，如存在换向火花和电磁干扰、造价高、维护难、寿命短以及电机的最高转速、单机容量和最高电压都受到一定的限制，因而交流电机被广泛应用于各个领域，并且得到迅猛发展。而在交流电机被广泛应用与推广的过程中，异步电动机的控制一直是异步电动机进一步发展的首要难题，而随着交流变频调速技术的发展与成熟，大大改变了这一现状，真正实现了交流调速逐步代替直流调速的时代已经到来。交流变频调速以其快速的起、制动性能，高效率、高功率因数和节电效果以及优异的调速，并成为国内外公认为最有发展前景的调速方式。近年来，随着我国自动控制技术的迅速发展以及人们节能意识的不断提高，正是由于电力电子技术和控制技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速性能相媲美。如今，基于空间电压矢量调制技术的矢量控制系统以及变频调速技术已经成为当今节电、改善工艺流程以及推动技术进步、提高产品质量和改善环境的一种主要手段。因此，采用矢量变频器异步电机变频调速，可以达到控制结构简单，可靠性高的效果。
功率环节PWM技术的简介
4.1功率环节PWM技术的发展史
PWM控制技术是电机驱动控制的核心技术之一，其原理是，利用功率开关器件的通断把直流电压变换成电压脉冲列，并通过控制改变电压的脉冲宽度以及周期，从而达到变频以及变压的目的。在VVVF控制技术发展的早期，由于当时的功率开关器件只是普通晶闸管等半控型器件，其开关频率不高，所以一般采用PAM工作方式，而其逆变器输出的交流电压也只能是方波，再通过改变中间直流电压的大小，使方波的有效值随着输出频率而改变，改变方波的幅值。而随着全控型功率开关器件GTR、MOSFET、IGBT的不断发展，才产生了今天的PWM技术，从而简化了电路的结构，而且用全波整流代替了相控整流，同时了高次谐波对电网的冲击，减小了电动机在低频区的转矩脉动问题，也降低了电动机的谐波损耗和噪声，而且提高了输入端的功率因数。
4.2功率环节PWM技术的分类
PWM控制技术有许多种类型，并且随着新技术的不断涌现，还在不断发展中。但是，一般从控制思想上分，可以将其分为四类，其中包括正弦波PWM法(SPWM法)、空等脉宽PWM法、间电压矢量PWM法(SVPWM法)以及电流跟踪型PWM法。
异步电动机矢量控制系统
5.1异步电动机矢量控制系统的简介
异步电动机矢量控制系统是工业系统变频系统应用的主流控制方式，其是通过电机数学模型对电压以及电流等变量的分析，进行解耦而实现有效控制的。异步电动机矢量控制系统不仅可以分别对异步电动机的磁通以及转矩电流进行检测和控制，还可以自动改变电压和频率，从而使指令值和检测实际值达到一致，最终实现了变频调速，提高转速精度以及转速响应速度，大大提高了电机控制静态精度以及动态品质。其主要表现在以下几个方面：
（1）零转速起进行速度控制。
异步电动机矢量控制系统可以实现从零转速起进行速度控制，并且可以对转矩实行较为精确控制。
（2）电动机的加速度特性很好。
系统的调速范围很宽广，并且系统的动态响应速度很快。
5.2异步电动机矢量控制系统的分类
一般的，针对不同的应用场合与环境，异步电动机矢量控制系统可以分为两类，即，带速度反馈的控制系统和不带速度反馈的控制系统。其中，带速度传感器矢量控制变频器的异步电机是由闭环变频调速技术控制，其性能虽较好，但是其需要在异步电动机轴上安装速度传感器，这样就会降低异步电动机结构坚固度以及可靠性。此外，，在一些特殊情况下，由于受到电动机环境或本身的因素的影响，无法安装速度传感器，与此同时，该系统在增加了反馈电路和其他辅助环节的同时，也就增加了出故障与问题的概率。因此，在对系统的调速范围、转速精度和以及动态品质要求不是特别高的条件下，一般会采用无速度传感器的矢量变频开环控制异步机变频调速。
结束语
综上所述，异步电动机矢量控制技术在机电控制领域将发挥着越来越重要的作用。而异步电动机矢量控制技术作为一种迅速发展的变频控制算法理论，已经在交流调速系统中得到广泛应用。随着电力电子技术和微电子技术的高速发展，尤其是是大功率开关管IGBT以及MOSFET、新型高性能控制器DSP与FPGA的出现，异步电动机的变频调速系统未来将向着全数字化。我相信，随着我国电力电子器件以及控制芯片的研发、现代控制理论的不断完善与大规模集成电路的不断发展，各种新型控制策略还会不断涌现，交流异步电动机的控制技术展现出更为广阔的前景。
【参考文献】
[1]刘述喜,王明渝.高性能中高压三电平异步电动机矢量控制系统[J].高电压技术,2008(6).
[2]陆玉军,邓智泉,朱熀秋.基于CRPWM的无轴承异步电动机矢量控制系統[J].南京航空航天大学学报,2002(2).
[3]孙鹏飞,冯晓云.基于DSP异步电动机矢量控制系统的设计与实现[J].电力电子技术,2010(7).
[4]付华,冯爱伟,徐耀松.基于单神经元控制器的异步电动机矢量控制[J].中国电机工程学报,2006(1).