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[摘 要]随着电子技术及计算机控制技术的快速发展，交流电动机调速技术有了较大的进步及发展，其矢量控制技术和直接转矩控制技术使交流电动机调速系统的性能可以与直流电动机调速系统的性能相媲美。直接转矩控制技术是一种高性能的控制调速技术，可以对所有交流电动机的核心变量进行直接控制，调速系统强于直流电动机调速系统。
[关键词]异步电动机 调速控制 直接转矩
中图分类号：TF046.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-022-01
1 异步电动机调速控制系统的发展状况
在异步电动机调速系统中变频调速技术是目前应用最广泛的调速技术，是最有希望取代直流调速的调速方式。就变频调速而言，其形式也有很多。传统的变频调速方式是采用v/f控制。这种方式控制结构简单，但由于它是基于电动机的稳态方程实现的，系统的动态响应指标较差，还无法完全取代直流调速系统。
1971年，德国学者EBlaschke提出了交流电动机的磁场定向矢量控制理论，标志着交流调速理论有了重大突破。所谓矢量控制，就是交流电动机模拟成直流电动机来控制，通过坐标变换来实现电动机定子电流的励磁分量和转矩分量的解藕，然后分别独立调节，从而获得高性能的转矩特性和转速响应特性。
1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授提出了一种新型交流调速理论一一直接转矩控制。这种方法结构简单，在很大程度上克服了矢量控制中由于坐标变换引起的计算量大、控制结构复杂、系统性能受电动机参数影响较大等缺点，系统的动静态性能指标都十分优越，是一种很有发展前途的交流调速方案。因此，直接转矩控制理论一问世便受到广泛关注。目前国内外围绕直接转矩控制的研究十分活跃。
2 交流异步电机调速方法概述
三相异步电动机的调速方式主要有以下几种：1）变极对数调速方法；2）变频调速方法；3）串级调速方法；4）绕线式电动机转子串电阻调速方法；5）定子调压调速方法；6）电磁调速电动机调速方法；7）液力耦合器调速方法。转差功率是否被损耗，是衡量异步机系统效率高低的标准，高效调速指转差率不变，因此无转差损耗，有转差损耗的调速方法属低效调速，如调定子电压调速，转差功率以发热形式消耗在转子电阻中；转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中。因此这些方法均属于转差功率损耗型，效率较低。串级调速可以把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用，属于转差功率利用型，但是调速范围较窄，且谐波影响较大。变频调速是通过改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。没有转差功率损耗，效率高；調速范围大，机械特性硬，精度高，因此得到了广泛的应用。
3 交流异步电机工作原理
交流异步电动机的工作原理就是通过一种旋转磁场与由这种旋转磁场借助于感应作用在转子绕组内所感生的电流相互作用，以产生电磁转据来实现拖动作用.异步电动机的转速不能达到旋转磁场的同步转速，总是略小于同步转速，这是由于异步电动机转子导条与旋转磁场之间存在一种相对运动而发生电磁感应作用，并产生了电流，从而产生电磁力，所以受到电磁转矩的作用. 根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。因此异步电动机的转子转速总是略小于旋转磁场的同步转速，即与旋转磁场异步的转动，所以成为异步电动机. 它和感应电机基本上是相同的。s=（ns-n）/ns。s为转差率，ns为磁场转速，n为转子转速。
4 异步电动机的数学模型研究
自矢量控制技术发展以来，矢量控制技术模仿直流电动机的控制方法，以转子磁场定向，用矢量变换的方法，实现了对交流电动机的转速和磁链控制的完全控制。然而在实际应用中，由于转子磁链难于准确观测、系统特性受电动机参数的影响较大以及在模拟直流电动机过程中所用矢量旋转变化的复杂性，使得实际的控制效果难以达到理论分析的结果。
交流异步电机的数学模型是一个高阶，非线性，强耦合的多变量系统，坐标变换的目的就是要简化数学模型。交流异步电机有如下理想特性：
（l）电动机三相定、转子绕组完全对称。
（2）电动机定、转子表面光滑，无齿槽效应。
（3）电动机气隙磁动势在空间正弦分布。
（4）铁心涡流、饱和及磁滞损耗忽略不计。
在满足上述理想电动机假设条件下，经推导可得异步电动机在静止坐标系下的数学模型。对于分析直接转矩控制系统，采用空间矢量的数学分析方法，以定子磁链定向，建立在静止 正交定子坐标系上，图1是异步电动机的等效电路。
式（7）中， 为定子磁链与转子磁链之间的夹角，即磁通角。
在实际运行中，保持定子磁链的幅值为额定值，以便充分利用电机，而转子磁链幅值由负载决定。当维持定子磁链和转子磁链的幅值都恒定不变时，只要改变它们两者之间的夹角就可以改变转矩。
4结语
直接转矩控制系统是通过直接控制逆变器的开关状态进而控制电动机的电压状态，从而控制电动机的磁链和转矩，直接转矩控制系统的结构简单，性能良好，应用范围较大，将现代控制理论应用于直接转矩控制技术的研究，有助于了解定子转子的磁链的模型，具有很大的实用价值。
参考文献：
[1] 陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2003
[2] 黄玉强.异步电机直接转矩控制系统研究[D].西北工业大学，2005年
[3] 甄鹏.异步电机直接转矩控制系统改善低速性能的研究[D].中南大学，2005
[4] 崔秀亮.异步电机直接转矩控制系统研究[D].大连理工大学，2010
[5] 张俊喜.异步电动机直接转矩控制系统研究[D].哈尔滨理工大学，2007
[关键词]异步电动机 调速控制 直接转矩
中图分类号：TF046.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-022-01
1 异步电动机调速控制系统的发展状况
在异步电动机调速系统中变频调速技术是目前应用最广泛的调速技术，是最有希望取代直流调速的调速方式。就变频调速而言，其形式也有很多。传统的变频调速方式是采用v/f控制。这种方式控制结构简单，但由于它是基于电动机的稳态方程实现的，系统的动态响应指标较差，还无法完全取代直流调速系统。
1971年，德国学者EBlaschke提出了交流电动机的磁场定向矢量控制理论，标志着交流调速理论有了重大突破。所谓矢量控制，就是交流电动机模拟成直流电动机来控制，通过坐标变换来实现电动机定子电流的励磁分量和转矩分量的解藕，然后分别独立调节，从而获得高性能的转矩特性和转速响应特性。
1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授提出了一种新型交流调速理论一一直接转矩控制。这种方法结构简单，在很大程度上克服了矢量控制中由于坐标变换引起的计算量大、控制结构复杂、系统性能受电动机参数影响较大等缺点，系统的动静态性能指标都十分优越，是一种很有发展前途的交流调速方案。因此，直接转矩控制理论一问世便受到广泛关注。目前国内外围绕直接转矩控制的研究十分活跃。
2 交流异步电机调速方法概述
三相异步电动机的调速方式主要有以下几种：1）变极对数调速方法；2）变频调速方法；3）串级调速方法；4）绕线式电动机转子串电阻调速方法；5）定子调压调速方法；6）电磁调速电动机调速方法；7）液力耦合器调速方法。转差功率是否被损耗，是衡量异步机系统效率高低的标准，高效调速指转差率不变，因此无转差损耗，有转差损耗的调速方法属低效调速，如调定子电压调速，转差功率以发热形式消耗在转子电阻中；转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中。因此这些方法均属于转差功率损耗型，效率较低。串级调速可以把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用，属于转差功率利用型，但是调速范围较窄，且谐波影响较大。变频调速是通过改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。没有转差功率损耗，效率高；調速范围大，机械特性硬，精度高，因此得到了广泛的应用。
3 交流异步电机工作原理
交流异步电动机的工作原理就是通过一种旋转磁场与由这种旋转磁场借助于感应作用在转子绕组内所感生的电流相互作用，以产生电磁转据来实现拖动作用.异步电动机的转速不能达到旋转磁场的同步转速，总是略小于同步转速，这是由于异步电动机转子导条与旋转磁场之间存在一种相对运动而发生电磁感应作用，并产生了电流，从而产生电磁力，所以受到电磁转矩的作用. 根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。因此异步电动机的转子转速总是略小于旋转磁场的同步转速，即与旋转磁场异步的转动，所以成为异步电动机. 它和感应电机基本上是相同的。s=（ns-n）/ns。s为转差率，ns为磁场转速，n为转子转速。
4 异步电动机的数学模型研究
自矢量控制技术发展以来，矢量控制技术模仿直流电动机的控制方法，以转子磁场定向，用矢量变换的方法，实现了对交流电动机的转速和磁链控制的完全控制。然而在实际应用中，由于转子磁链难于准确观测、系统特性受电动机参数的影响较大以及在模拟直流电动机过程中所用矢量旋转变化的复杂性，使得实际的控制效果难以达到理论分析的结果。
交流异步电机的数学模型是一个高阶，非线性，强耦合的多变量系统，坐标变换的目的就是要简化数学模型。交流异步电机有如下理想特性：
（l）电动机三相定、转子绕组完全对称。
（2）电动机定、转子表面光滑，无齿槽效应。
（3）电动机气隙磁动势在空间正弦分布。
（4）铁心涡流、饱和及磁滞损耗忽略不计。
在满足上述理想电动机假设条件下，经推导可得异步电动机在静止坐标系下的数学模型。对于分析直接转矩控制系统，采用空间矢量的数学分析方法，以定子磁链定向，建立在静止 正交定子坐标系上，图1是异步电动机的等效电路。
式（7）中， 为定子磁链与转子磁链之间的夹角，即磁通角。
在实际运行中，保持定子磁链的幅值为额定值，以便充分利用电机，而转子磁链幅值由负载决定。当维持定子磁链和转子磁链的幅值都恒定不变时，只要改变它们两者之间的夹角就可以改变转矩。
4结语
直接转矩控制系统是通过直接控制逆变器的开关状态进而控制电动机的电压状态，从而控制电动机的磁链和转矩，直接转矩控制系统的结构简单，性能良好，应用范围较大，将现代控制理论应用于直接转矩控制技术的研究，有助于了解定子转子的磁链的模型，具有很大的实用价值。
参考文献：
[1] 陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2003
[2] 黄玉强.异步电机直接转矩控制系统研究[D].西北工业大学，2005年
[3] 甄鹏.异步电机直接转矩控制系统改善低速性能的研究[D].中南大学，2005
[4] 崔秀亮.异步电机直接转矩控制系统研究[D].大连理工大学，2010
[5] 张俊喜.异步电动机直接转矩控制系统研究[D].哈尔滨理工大学，2007