矢量控制是一種電機(jī)的控制技術(shù)，它可將三相電機(jī)控制變成和有刷直流電機(jī)一樣，實(shí)現(xiàn)簡單控制，且效率高。


TF直流電機(jī)
有刷直流電機(jī)切換電流是需要通過換向器實(shí)現(xiàn)形成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子在定子的磁力作用下旋轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡單轉(zhuǎn)矩大且具有良好的調(diào)速性能，這是有刷直流電機(jī)的主要特點(diǎn)，直流電機(jī)的勵磁方向始終是垂直于磁場的方向，控制方法簡單有效。


有刷直流電機(jī)
有刷直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)原理：直流電通過換向電刷，通過換向形成磁場，在磁場與定子的相互作用下，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

而傳統(tǒng)的三相感應(yīng)電機(jī)，它輸入的是三相對稱正弦電壓，空間磁鏈近乎圓形，轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定。但是，缺點(diǎn)也是比較明顯的：

1.三相對稱正弦交流電產(chǎn)生的是一個隨時間和空間都在變化的旋轉(zhuǎn)磁場，是一個多變量的系統(tǒng)；

2.定子電流無法單獨(dú)調(diào)節(jié)勵磁和轉(zhuǎn)矩，他們之間是強(qiáng)耦合，非線性的復(fù)雜關(guān)系、體積大、損耗多。；


那么，有沒有方法可以把三相感應(yīng)電機(jī)像直流電機(jī)那樣控制起來簡單有效穩(wěn)定呢？還特別穩(wěn)定呢？這就是我們前面講到的矢量控制方式了，這種方法是在上個世紀(jì)七十年代提出的一種控制方式，將三相交流經(jīng)過一系列坐標(biāo)變換，最終變?yōu)橹绷骺煽氐膬上嗾浑娏?。解耦?fù)雜的電流關(guān)系，使得電機(jī)變得簡單可控。

這種矢量控制技術(shù)可用于交流電機(jī)也可用于直流電機(jī)，無論是無論是哪種電機(jī)，它的轉(zhuǎn)矩都正比于定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場的叉乘，即它們所圍成的平行四邊形的面積。當(dāng)定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場夾角為 90° 的時候，它們所圍成的平行四邊形的面積最大，這個時候所產(chǎn)生的力矩也最大。


和有刷直流電機(jī)一樣，它的定子勵磁電流和電樞電流各自在自己的回路中，而且分別可控，定子磁場與定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場始終能保持垂直，所產(chǎn)生的力矩也最大。如果想使三相電機(jī)在控制上達(dá)到直流有刷電機(jī)的效果，那就必須想辦法解耦轉(zhuǎn)矩與勵磁之間的關(guān)系。如果能控制定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場的夾角始終相差 90°，那么直流電機(jī)的控制效率會大大提高，這就是矢量控制技術(shù)產(chǎn)生的背景。

矢量控制技術(shù)也叫做磁場定向控制。它能夠解耦復(fù)雜的定子電流關(guān)系，將定子電流分解成控制勵磁的直軸電流，以及控制轉(zhuǎn)矩的交軸電流。

前面提到，三相電機(jī)通入的是空間相差 120° 的三路對稱正弦電壓，在空間形成旋轉(zhuǎn)的磁場。當(dāng)然，想要在空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，不一定非要三相對稱繞組，任意對稱的多相繞組都可以在空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁動勢，特別是兩相對稱正交繞組，也可以達(dá)到同樣的效果，且兩相為相互垂直的獨(dú)立變量。因此，我們可以將三相電機(jī)的模型設(shè)想成兩相電機(jī)模型。以產(chǎn)生和三相電機(jī)同樣的圓形磁場為準(zhǔn)則，兩相在空間上互差 90°，一個負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)矩的控制，一個負(fù)責(zé)勵磁的控制，他們之間互不影響。


三相繞組產(chǎn)生的磁場和力矩同兩相正交繞組產(chǎn)生的磁場和力矩的大小、方向完全相等，并且以同樣的角速度在空間逆時針旋轉(zhuǎn)，形成同樣的旋轉(zhuǎn)磁場。這就是常說的三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的變換。

再進(jìn)一步，我們假定有一個兩相正交的對稱繞組，分別通以直流電流 Id 、Iq,他們產(chǎn)生的合成磁動勢和兩相靜止坐標(biāo)系及三相靜止坐標(biāo)系完全相等，且兩相正交繞組以磁場同樣的角速度旋轉(zhuǎn)，那么 d、q 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和前面的三相靜止以及兩相靜止就可以完全等效，這就是兩相靜止到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換。