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直流电动机控制电路的设计.doc 22页
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··········
课程设计(论文)
题 目 名 称
直流电动机控制电路的设计
课 程 名 称
电力拖动基础课程设计
学 生 姓 名
电气工程系、09自动化
指 导 教 师
2011年 12 月 18 日
邵阳学院课程设计（论文）任务书
年级专业 09电气工程及其自动化 学生姓名
题目名称 直流电动机控制电路的设计 设计时间 日—日
课程名称 电力拖动基础 课程编号
设计地点 电机试验室
课程设计（论文）目的
电力拖动基础课程设计是领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性系统的软、硬件设计为主。
课程设计的目的全面熟练掌握应用使学生掌握小型应用系统设计的步骤通过设计过程对进一步锻炼和培养学生的动手能力。
1、较宽的电压工作范围，可以单极性电源工作，也可以双极性电源工作， 当控制电压在±12V 范围内变化时， 驱动输出级电源电压在±22V 范围内变化时， 均可正常工作。
2、较强的负载能力:双通道双向脉宽调制输出，每个通道最大输出电流为 100mA ,可直接驱动继电器、指示灯、微型直流电机和小功率晶体管单相桥式逆 变器等。
3、宽频带的工作范围：其输出频率可在 5～350KHz 范围内任意调节。
4、带有脉冲封锁端，便于进行非正常情况下的保护。
任务和要求
请设计一个直流电动机控制电路。
1主要参数限制： ① 控制电源电压±Vs : ±15V ② 输出功放级电源±Vo ：±22V ③ 工作频率 fs :350KHz ④ 工作温度范围 T：-25℃～+85℃。；
2.根据参数选择合适的电力电子元器件设计系统的控制硬件电路
注： 1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；
2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。
四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）
实验室有电机实验系统4套，
五、进度安排
调研、查找资料
总体方案设计，方案比较，选定方案的论证及整机电路的工作原理单元电路设计元器件选择电路图
六、教研室审批意见
教研室主任（签字）：
七|、主管教学主任意见
主管主任（签字）：
指导教师（签字）：
学生（签字）：
邵阳学院设计（论文）评阅表
电气工程系
直流电动机控制电路的设计
电力拖动基础
一、学生自我总结
经过几天的连续奋战，终天完成了这个设计。说实话，刚拿到这个题目感觉不是很难，可在设计的过程中却发现有很多的问题解决不了，参数的精确计算、计算后对元件的选择等都是自己之前没接触到过的，感觉无从下手。本次电力拖动基础课程设计，培养了我综合应用课本理论解决实际问题的能力；我觉得本次课程设计对自己动手解决问题的能力有很大的提高，要完成好设计需要自己将学过的理论知识与实际系统地联系起来，能真正运用理论解决实际问题，那样才能真正学到东西。
学生签名：
年 月日 二、指导教师评定
指导教师评语：
指导教师：
1.2 直流电动机的基本理论 2
1.3直流脉宽调速系统 5
2 元器件介绍 8
2.2 三极管C4466 和 A1693 11
3 系统设计方案 12
3.1直流电动机控制电路 12
4 直流电动机控
正在加载中，请稍后...&p&谢谢邀请。&/p&&p&横向比较这几家的方案都差不太多。采用6匹一拖五再加台风管机的配置，应该是家里的入户电源不是380V动力电，不能配置采用动力电的更高功率的7-8匹室外机(其实也有采用单相电源的7匹，8匹室外机)。&/p&&p&大金VRV住宅用P系列的优势是带有第三支管，可以实现脱离制冷的，独立的湿度控制。室内机上增加了独立的除湿蒸发器，控制器也增加了湿度控制模块。&/p&&p&引用国家标准：GB《民用建筑供暖通风及空气调节设计规范》中关于热舒适度等级的定义&/p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/v2-700efe663e6f74a7c8952_b.jpg& data-caption=&& data-size=&normal& data-rawwidth=&725& data-rawheight=&201& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&725& data-original=&https://pic3.zhimg.com/v2-700efe663e6f74a7c8952_r.jpg&&&/figure&&p&夏季制冷除了温度在24~26℃范围之外，相对湿度的舒适区间是40~70%。那么普通的空调系统，在制冷的同时就会不断除湿(形成冷凝水)，会造成室内空气湿度不断下降，湿度下降会带来体感温度下降，因为水蒸气中带有一定的汽化潜热。大金的温湿平衡型空调室内机，采用余热回收对冷气进行二次加热，使得吹出的冷风不低于空气的露点温度，那么室内制冷时不会结露，避免了多余的除湿过程，这是一个比较先进的地方，可以显著提升空调的舒适度。&/p&&p&当然大金是采用摆动压缩机没错，不过在低于6匹的功率下，摆动压缩机的运行效率曲线要好于涡旋式压缩机。也就是部分开启房间空调时，反而是摆动压缩机更加节能省电一些。这个类似东芝的双转子压缩机，在低功率运行时有更好的效率曲线。&/p&&p&另外大金VRV-P系列室外机的电路板封装技术比较好，采用COOLMAX液冷恒温模块冷却外机主板的芯片组，对于室外高温下机组平稳运转很有帮助。&/p&&p&48500的价格比较合理，松下一拖一风管机略差，也不是不能用。&/p&&p&&br&&/p&&p&日立的VAM中央空调机组采用日立的涡旋式压缩机，东西平心而论还是很不错的。不过这个报价偏高了，我认为日立43000才是合理的报价。题主应该是北方地区，我所在的重庆，日立中央空调的成交均价比大金低20%，这家明显报高了，日立是青岛海信日立生产，产地在北方，应该更便宜才对。&/p&&p&&br&&/p&&p&三菱电机的确是菱睿比菱耀好很多，看这个图：&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/v2-ed149c9d8bdb5_b.jpg& data-caption=&& data-size=&normal& data-rawwidth=&400& data-rawheight=&526& class=&content_image& width=&400&&&/figure&&p&不要相信厂家的宣传，分歧箱这种东西是很为行业内诟病的一种落后设计，原因有三：&/p&&p&1.分歧箱需要单独的检修口，单独供电，这就带来了一个多余的检修点。&/p&&p&2.分歧箱的膨胀阀开关会发出滋滋的噪音。&/p&&p&3.分歧箱之后的管路能量是浪费的，先进的设计是膨胀阀直接在室内机上。菱睿系列就是采用分歧管连接，膨胀阀在室内机。分歧箱之后的管路长度，严格来说是不能超过5米的，超出了就不再是机器标注的技术参数。现在绝大多数厂家都已经放弃了分歧箱技术，不太明白三菱电机为什么还死抱着这个技术不放。冷媒过膨胀阀就减压，减压后到蒸发器距离越短，效率就越高。&/p&&p&另外美的一拖一风管机真的是不敢恭维，黑色塑料的室内机外壳，寿命到了一定年限，不敢保证会不会脆化。本人以前做项目经理时做过美的多联机的项目，运行期客户投诉严重，主要就体现在这个室内机上，出风特别小。真的用的话，千万别选带电辅热的型号，电热丝加热塑料...想想就吓人。带电辅热的型号后缀带D，如KFR-25T3/DY，这就是带电辅热的。如果是KFR-25T3/Y，就是不带电辅热的。&/p&&p&三菱重工海尔，那就是海尔。所以卖43000一点都不奇怪。真的三菱重工是三菱重工空调系统（上海）有限公司。官网是：&/p&&a href=&//link.zhihu.com/?target=http%3A//www.mhi-ac.com/& data-draft-node=&block& data-draft-type=&link-card& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&三菱重工空调官网&/a&&p&三菱重工海尔官网是：&/p&&a href=&//link.zhihu.com/?target=https%3A//www.mhaq.cn/index.aspx& data-draft-node=&block& data-draft-type=&link-card& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&三菱重工海尔&/a&&p&两家都有KX6，但是三菱重工的KX6是家用的KX6mini。海尔的是商用KX6。三菱重工海尔自己的宣传是：&/p&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/v2-cb9f5eabdd318894dcc4b_b.jpg& data-caption=&& data-size=&normal& data-rawwidth=&668& data-rawheight=&213& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&668& data-original=&https://pic4.zhimg.com/v2-cb9f5eabdd318894dcc4b_r.jpg&&&/figure&&p&注意：&b&商用 商用 商用
&/b&重要的事情说三遍，三菱重工海尔，不做家用中央空调！&/p&&p&&br&&/p&&p&所以横向比较的结果，在48000价位上，大金其实给的价格最实在。三菱电机其次。&/p&&p&日立真正的合理价位是左右。三菱重工海尔43000的价格是合理的，但不是家用产品。&/p&&p&&br&&/p&&p&其实家用中央空调现在的市场已经非常成熟，是真正的买家市场，卖家除了可以在安装费上赚一点，年底靠销量赚点经销商返利之外，设备价格上的利润很薄，市场很透明。而且各家的产品，质量上都不错，不必担心安装后会频频出现故障，家用中央空调故障率比普通家用分体空调低得多。关键是三分产品七分安装，安装质量可靠才是最重要的。所以商家的历史(是不是多年的老经销商)，口碑(网上的评价，所在小区或附近小区有没有正在进行的工地可以参观)，更加重要。&/p&
谢谢邀请。横向比较这几家的方案都差不太多。采用6匹一拖五再加台风管机的配置，应该是家里的入户电源不是380V动力电，不能配置采用动力电的更高功率的7-8匹室外机(其实也有采用单相电源的7匹，8匹室外机)。大金VRV住宅用P系列的优势是带有第三支管，可以实…
&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/v2-382b793a513b3eaa43c4cbdeb5c56d4d_b.jpg& data-rawwidth=&600& data-rawheight=&600& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&600& data-original=&https://pic3.zhimg.com/v2-382b793a513b3eaa43c4cbdeb5c56d4d_r.jpg&&&/figure&&p&矢量控制最早是西门子公司的专利，上世纪70年代，由西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。如今西门子的MM440变频器在工业上使用也是很普遍。 MM440的矢量控制分为有速度传感器矢量控制（VC）和无速度传感器矢量控制SLVC，前者精度高，后者精度低。&/p&&p&矢量控制的&b&无速度传感器&/b&SLVC运行方式，首先必须解决&b&电机转速和转子磁链位置角的在线辨识&/b&问题。解决这个问题常用的方法有基于&b&检测定子电流信号&/b&的辨识方法，有同时使用电流检测信号和电压检测信号的辨识方法，还有根据电流检测信号和逆变器的开关控制信号重构电压信号的方法。&/p&&p&SLVC 我们也把它称为&b&开环矢量控制&/b&，但它其实不是真正意义上的开环，因为这种控制方式下，其转速外环还是存在的，只不过这个时候，转速反馈值不是电机的真正转速反馈值，而是变频器根据电机模型算出来的转速值作为反馈信号。电机不带转速反馈装置，变频器依靠自身&b&内部软件中的转速观测器&/b&，来&b&计算出电机转速&/b&。从而达到对电机转速的控制。它本质上是一种“不带转速反馈的闭环控制”，&/p&&p&如果调速系统对电机转速的控制精度要求非常高，且需要进行&b&位置或者转矩&/b&控制，并对转矩的稳定性、精度也有要求，那就需要进行闭环矢量控制，这时你的电机一定要配编码器，而带编码器的矢量控制即VC控制方式下，转速反馈值是编码器测出的实际转速值，是真正的电机转速，不是变频器自己算出来的。&/p&&p&开环矢量控制最终和闭环一样，也是改变变频器的脉冲电压波形，只是因为没有编码器的速度反馈，是&b&通过电流环的电流传感器反馈一个电流信号到微处理器，来参与矢量运算&/b&，从而实现电机的矢量控制。&/p&&p&要说调速系统的开环控制的话，其实V/F（变频变压）控制是才可以说是真正的开环控制，这时变频器对电机转速完全不能控制，它只输出一个固定频率、固定幅值的电压，而不管电机此时转速为多少。&/p&&p&转速闭环调速系统中控制器默认的是PID控制，不过一般都把微分控制功能关闭，&b&采用比例积分PI调节器控制。&/b&（如西门子MM440变频器。 ）而且PID控制器是变频器内置的，速度环PID控制器是不需要我们用户外配的。&/p&&p&&a href=&https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.ad.siemens.com.cn/service/elearning/cn/Course.aspx%3FCourseID%3D1008& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&技术论坛-工业支持中心&/a&
附上西门子MM440变频器矢量控制参数设置的官方视频。&br&&/p&&p&作者：只是学电的
时间： &/p&
矢量控制最早是西门子公司的专利，上世纪70年代，由西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。如今西门子的MM440变频器在工业上使用也是很普遍。 MM440的矢量控制分为有速度传感器矢量控制（VC）和无速度传感器矢量…
&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/v2-35b7a22d2c9a4ff7878a7b_b.jpg& data-rawwidth=&650& data-rawheight=&433& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&650& data-original=&https://pic3.zhimg.com/v2-35b7a22d2c9a4ff7878a7b_r.jpg&&&/figure&&p&&b&一、内部主电路结构&/b&&/p&&p&采用“交-直-交”结构的低压变频器，其内部主电路由整流和逆变两大部分组成，如图1所示。从R、S、T端输入的三相交流电，经三相整流桥（由二极管D1～D6构成）整流成直流电，电压为UD。电容器C1和C2是滤波电容器。6个IGBT管（绝缘栅双极性晶体管）V1～V6构成三相逆变桥，把直流电逆变成频率和电压任意可调的三相交流电。&/p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/v2-dccd188244afd926daba_b.png& data-rawwidth=&623& data-rawheight=&249& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&623& data-original=&https://pic3.zhimg.com/v2-dccd188244afd926daba_r.jpg&&&/figure&&p&&b&图1 变频器内部主电路&/b&&/p&&p&&b&二、均压电阻和限流电阻&/b&&/p&&p&图1中，滤波电容器C1和C2两端各并联了一个电阻，是为了使两只电容器上的电压基本相等，防止电容器在工作中损坏（目前，由于技术的进步，低压（380V）变频器的电解电容大多数可以不需要串联使用了）。在整流桥和滤波电容器之间接有一个电阻R和一对接触器触点KM，其缘由是：变频器刚接通电源时，滤波电容器上的电压为0V，而电源电压为380V时的整流电压峰值是537V，这样在接通电源的瞬间将有很大的充电冲击电流，有可能损坏整流二极管；另外，端电压为0的滤波电容器会使整流电压瞬间降低至0V，形成对电源网络的干扰。为了解决上述问题，在整流桥和滤波电容器之间接入一个限流电阻R，可将滤波电容器的充电电流限制在一个允许范围内。但是，如果限流电阻R始终接在电路内，其电压降将影响变频器的输出电压，也会降低变频器的电能转换效率，因此，滤波电容器充电完毕后，由接触器KM将限流电阻R短接，使之退出运行。&/p&&p&&b&三、主电路的对外连接端子&/b&&/p&&p&各种变频器主电路的对外连接端子大致相同，如图2所示。其中，R、S、T是变频器的电源端子，接至交流三相电源；U、V、W为变频器的输出端子，接至电动机；P+是整流桥输出的+端，出厂时P+端与P端之间用一块截面积足够大的铜片短接，当需要接入直流电抗器DL时，拆去铜片，将DL接在P+和P之间；P、N是滤波后直流电路的+、-端子，可以连接制动单元和制动电阻；PE是接地端子。&/p&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/v2-b194f9e6c395c9f09fb3_b.png& data-rawwidth=&490& data-rawheight=&396& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&490& data-original=&https://pic4.zhimg.com/v2-b194f9e6c395c9f09fb3_r.jpg&&&/figure&&p&&b&图2 主电路对外连接端子&/b&&/p&&p&&br&&/p&&p&&b&四、变频系统的共用直流母线&/b&&/p&&p&电动机在制动（发电）状态时，变频器从电动机吸收的能量都会保存在变频器直流环节的电解电容中，并导致变频器中的直流母线电压升高。如果变频器配备制动单元和制动电阻（这两种元件属于选配件），变频器就可以通过短时间接通电阻，使再生电能以热方式消耗掉，称做能耗制动。当然，采取再生能量回馈方案也可解决变频调速系统的再生能量问题，并可达到节约能源的目的。而标准通用PWM变频器没有设计使再生能量反馈到三相电源的功能。如果将多台变频器的直流环节通过共用直流母线互连，则一台或多台电动机产生的再生能量就可以被其他电动机以电动的方式消耗吸收。或者，在直流母线上设置一组一定容量的制动单元和制动电阻，用以吸收不能被电动状态电动机吸收的再生能量。若共用直流母线与能量回馈单元组合，就可以将直流母线上的多余能量直接反馈到电网中来，从而提高系统的节能效果。综上所述，在具有多台电动机的变频调速系统中，选用共用直流母线方案，配置一组制动单元、制动电阻和能量回馈单元，是一种提高系统性能并节约投资的较好方案。&/p&&p&图3所示为应用比较广泛的共用直流母线方案，该方案包括以下几个部分。&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-0d3ccbd9fd68b8498207cc_b.png& data-rawwidth=&640& data-rawheight=&359& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&640& data-original=&https://pic1.zhimg.com/v2-0d3ccbd9fd68b8498207cc_r.jpg&&&/figure&&p&&b&图3 变频器的公用直流母线&/b&&/p&&p&&br&&/p&&p&&b&1.三相交流电源进线 &/b&&/p&&p&各变频器的电源输入端并联于同一交流母线上，并保证各变频器的输入端电源相位一致。图3中，断路器QF是每台变频器的进线保护装置。LR是进线电抗器，当多台变频器在同一环境中运行时，相邻变频器会互相干扰，为了消除或减轻这种干扰，同时为了提高变频器输入侧的功率因数，接入LR是必须的。&/p&&p&&b&2.直流母线 &/b&&/p&&p&KM是变频器的直流环节与公用直流母线连接的控制开关。FU是半导体快速熔断器，其额定电压可选700V，额定电流必须考虑驱动电动机在电动或制动时的最大电流，一般情况下，可以选择额定负载电流的125%。&/p&&p&&b&3.公共制动单元和（或）能量回馈装置 &/b&&/p&&p&回馈到公共直流母线上的再生能量，在不能完全被吸收的情况下，可通过共用的制动电阻消耗未被吸收的再生能量。若采用能量回馈装置，则这部分再生能量将被回馈到电网中，从而提高节能的效率。&/p&&p&&b&4.控制单元 &/b&&/p&&p&各变频器根据控制单元的指令，通过KM将其直流环节并联到共用直流母线上，或是在变频器故障后快速地与共用直流母线断开。&/p&&p&&b&资料下载分享&/b&&/p&&ol&&li&&b&&a href=&http://link.zhihu.com/?target=http%3A//mp.weixin.qq.com/s%3F__biz%3DMzIzMDc4MTY5NA%3D%3D%26mid%3D%26idx%3D1%26sn%3Dbcbbcaac352d73df94ca15%26chksm%3De8af6f4fdfd8e659afd8aa73db889e33d2b812db865faff30bf1304d7caf1bea%26scene%3D21%23wechat_redirect& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&工控【资料库】【软件库】下载指南&/a&&/b&&/li&&li&&b&&a 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target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&高压电机绕组绝缘故障原因及处理方法&/a&&/li&&li&&a href=&http://link.zhihu.com/?target=http%3A//mp.weixin.qq.com/s%3F__biz%3DMzIzMDc4MTY5NA%3D%3D%26mid%3D%26idx%3D1%26sn%3D40ac469f159cb21d5c4af09eb3a76b14%26chksm%3De8af6d01dfd8e417ee2a1d0e54daae459f0d4d2aca8bscene%3D21%23wechat_redirect& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&老款小型PLC接入以太网的新思路，你觉得怎样？&/a&&/li&&li&&a href=&http://link.zhihu.com/?target=http%3A//mp.weixin.qq.com/s%3F__biz%3DMzIzMDc4MTY5NA%3D%3D%26mid%3D%26idx%3D2%26sn%3D3f4fb0a2819ebf168d28db33db210e40%26chksm%3De8af6d01dfd8e417eb876f64d33b4fb13ae4ce99df4a7d63dscene%3D21%23wechat_redirect& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&30岁后丨还问老板这个问题？说明已经被社会淘汰!&/a&&/li&&li&&a href=&http://link.zhihu.com/?target=http%3A//mp.weixin.qq.com/s%3F__biz%3DMzIzMDc4MTY5NA%3D%3D%26mid%3D%26idx%3D1%26sn%3D76fb43fbc3%26chksm%3De8af6d1edfd8e408bd366bfaf85c98b396cbb%26scene%3D21%23wechat_redirect& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&霸气，齿轮在线检测，所有数据一次完成！&/a&&/li&&li&&a href=&http://link.zhihu.com/?target=http%3A//mp.weixin.qq.com/s%3F__biz%3DMzIzMDc4MTY5NA%3D%3D%26mid%3D%26idx%3D1%26sn%3Dff9aafd7d5358fa%26chksm%3De8af6d1fdfd8ecbabbf07bab5ff1aa44c16a418ec5080%26scene%3D21%23wechat_redirect& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&你真的懂RFID吗？&/a&&/li&&li&&a href=&http://link.zhihu.com/?target=http%3A//mp.weixin.qq.com/s%3F__biz%3DMzIzMDc4MTY5NA%3D%3D%26mid%3D%26idx%3D1%26sn%3Dfaba8b23aa304ee4d01b3%26chksm%3De8af6d13dfd8e405deb71fe0bfb82beec271c697e219f9%26scene%3D21%23wechat_redirect& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&为什么特斯拉放弃同步电机而独爱感应电机？&/a&&/li&&/ol&
一、内部主电路结构采用“交-直-交”结构的低压变频器，其内部主电路由整流和逆变两大部分组成，如图1所示。从R、S、T端输入的三相交流电，经三相整流桥（由二极管D1～D6构成）整流成直流电，电压为UD。电容器C1和C2是滤波电容器。6个IGBT管（绝缘栅双极性…
&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/v2-d2be62aa91e340ada008a407fb15d9e3_b.jpg& data-rawwidth=&600& data-rawheight=&359& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&600& data-original=&https://pic4.zhimg.com/v2-d2be62aa91e340ada008a407fb15d9e3_r.jpg&&&/figure&&p&&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-b5dfe32dd3ae4c_b.jpg& data-caption=&& data-size=&normal& data-rawwidth=&600& data-rawheight=&328& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&600& data-original=&https://pic1.zhimg.com/v2-b5dfe32dd3ae4c_r.jpg&&&/figure&&a href=&https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.ind4.net/wap/html/home/home.html& data-draft-node=&block& data-draft-type=&link-card& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&技术干货来源于：ind4.net&/a&&p&永磁同步电机在汽车上的应用越来越广泛，从动力驱动到转向刹车的执行机构，都可以见到其踪影。今天想谈谈永磁同步电机的控制。&br&&/p&&p&做控制的人都知道，任何电机的控制，无非三种不同的控制目标：&/p&&p&&br&&/p&&ul&&li&位置控制：想让电机转多少度它就转多少度&/li&&li&速度控制：想让电机转多快它就转多快&/li&&li&力矩控制：想让电机出多少力它就出多少力&/li&&/ul&&p&&br&&/p&&p&但无论是哪种控制目标，无非是一个闭环还是两个闭环还是三个闭环的区别，力矩控制作为最内层的环，是必不可少的。今天就来讲讲什么是力矩控制？&/p&&p&&br&&/p&&p&要控制一个电机，首先对被控对象的了解是必须的。让我们用下面这张动图来帮助理解永磁同步电机是怎样运动起来的。定子三相上通过互差120度的交变电压以后，在定子铁芯上可以看到产生了旋转的磁场（动图中代表磁场方向的红绿颜色逆时针旋转），在这个旋转的磁场作用下，与转子磁场产生力的作用，带动转子旋转。&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/v2-fba3a399af70e549fe2ef8db_b.jpg& data-caption=&& data-size=&normal& data-rawwidth=&752& data-rawheight=&248& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&752& data-original=&https://pic2.zhimg.com/v2-fba3a399af70e549fe2ef8db_r.jpg&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&电机力矩是如何产生的呢？在前文《电机的力矩、转速和功率》，我们分析过力矩与电枢（定子）电流成正比；&/p&&p&&br&&/p&&p&那么电流是如何产生的呢？我们可以把电机的每一个绕组想象成一个在磁场中旋转的电阻+电感，如下面的等效电路：&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/v2-78b3aa4a2c31bce035a08_b.jpg& data-caption=&& data-size=&normal& data-rawwidth=&272& data-rawheight=&186& class=&content_image& width=&272&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&假设电机开环运行，当给定电机定子三相一个互差120度的电压建立起旋转磁场以后，如果这个时候没有负载，电机会飞速的转动起来（空载），直到反电势和给定电压完全相等；此时定子绕组中的电流为仍然为0，可以将定子的旋转磁场假想（虚拟/等效）成一个绕着电机轴心旋转的磁铁，假想出来的这块磁铁的南极与转子磁铁的北极轴线相重合；&/p&&p&&br&&/p&&p&当转子上有了负载以后，根据牛顿运动定理，电机的转速必然会有一个减速的过程，这就意味着上述等效电路中的反电势降低，而在给定电压不变的情况下，剩下的那些电压就会在电阻中产生电流了。在那这一段减速的过程当中还发生了什么事情呢？因为被负载拖拽了一下，转子磁铁的轴心比虚拟出来的定子磁铁轴心要之后一个角度了，这个角度就是我们所谓的“功角”。&/p&&p&&br&&/p&&p&关于电机的矢量模型，互联网上可以找到各种各样的图，但这些图要么太抽象，看了半天不知所云，没法和实物对照起来；要么不够全面，一张图里的内容有限，对实际工作指导意义不大。&/p&&p&&br&&/p&&p&因此笔者在实际工作过程中，喜欢把大量相关的矢量都揉在一起，见下图：&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/v2-a82e9d233fa78f3f53c8ceee24a51025_b.jpg& data-caption=&& data-size=&normal& data-rawwidth=&384& data-rawheight=&336& class=&content_image& width=&384&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&最中间的小圆是转子（N极和S极），转子外围有排列互差120度的AX，BY，CZ三相定子。&/p&&p&&br&&/p&&p&静止两相坐标轴：α与定子A相重合，β比α超前90度（图中绿色坐标轴）&/p&&p&旋转两相坐标找：d轴与转子的N极重合，q轴比d轴超前90度（图中紫色坐标轴）&/p&&p&X轴：定子旋转磁动势ψs，可分解为转子磁动势ψf，id*Lq和Iq*Ld（图中红色向量）&/p&&p&电压矢量：三相全桥的开关组合可以表示的电压在空间的表现形式（黄色箭头）&/p&&p&&br&&/p&&p&说一千，道一万，所谓的电机的力矩控制，就是通过一定的控制算法，去寻找一些开关管的组合（图中黄色部分）来合成一个给电机定子的给定电压（图中的大红色箭头），这个电压抵消掉反电势后产生的电流所对应的力矩刚好与外部负载平衡。&/p&&p&&br&&/p&&p&永磁同步电机的力矩控制发展至今，从大的方面来说可以分为两个流派：&/p&&p&&br&&/p&&ul&&li&磁场定向控制FOC&/li&&li&直接转矩控制DTC&/li&&/ul&&p&&br&&/p&&p&&b&你以为这样就结束了吗？当然还没有，&a href=&https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.ind4.net/html/news/newsDetail_7382.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&点击此处阅读原文&/a&&/b&&/p&&p&&b&连载系列好文，&a href=&https://link.zhihu.com/?target=http%3A//a.app.qq.com/o/simple.jsp%3Fpkgname%3Dcom.ind4& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&下载IND4汽车人APP&/a&，追好文~&/b&&/p&
永磁同步电机在汽车上的应用越来越广泛，从动力驱动到转向刹车的执行机构，都可以见到其踪影。今天想谈谈永磁同步电机的控制。 做控制的人都知道，任何电机的控制，无非三种不同的控制目标： 位置控制：想让电机转多少度它就转多少…
&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/v2-c00cff776736_b.jpg& data-rawwidth=&564& data-rawheight=&385& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&564& data-original=&https://pic4.zhimg.com/v2-c00cff776736_r.jpg&&&/figure&&p&&a href=&https://www.zhihu.com/question/& class=&internal&&永磁同步电机可以实现弱磁控制吗？永磁体好像磁场恒定啊? - 电机 - 知乎&/a&&br&&/p&&p&看到知乎上这个问题，回答的人也比较少，这里简单的作答一下，这篇主要算是“普及”，如有错误之处，还望各位同行轻拍，同时也欢迎指正和讨论。&/p&&p&在永磁同步电机的矢量控制策略中，会涉及到最大转矩电流比控制和弱磁控制等问题，而弱磁控制的问题最通俗和容易理解的解释方式就是用&b&电流极限圆与电压极限椭圆（圆）&/b&的方式。下图是永磁同步电机矢量控制框图。&/p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/v2-67bdb935aabc4b56_b.png& data-rawwidth=&882& data-rawheight=&533& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&882& data-original=&https://pic3.zhimg.com/v2-67bdb935aabc4b56_r.jpg&&&/figure&&p&在确定直流母线电压&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=U_%7BDC%7D+& alt=&U_{DC} & eeimg=&1&&的情况下，逆变器能输出的&b&最大定子电压&/b&&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=U_%7Bs+max%7D+& alt=&U_{s max} & eeimg=&1&&是一定的。当逆变器交流输出侧电压&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=U_%7Bs+max%7D+& alt=&U_{s max} & eeimg=&1&&达到其最大值后也会随之引起电流内环调节器的饱和。为了永磁同步电机获得&b&更宽&/b&的&b&转速调节范围&/b&，在基速以上高速运行时就需要对其进行&b&弱磁控制&/b&。&/p&&p&PMSM（永磁同步电机）弱磁控制的这个思想源还是来自&b&他励直流电动机的调磁控制。&/b&&/p&&blockquote&当他励直流电动机端电压达到最大电压时，只能通过调节电机的励磁电流，进而改变励磁磁通，在保证输出电压最大值不变的条件下，使电机能恒功率运行于更高的转速。&/blockquote&&p&也就是说，他励直流电动机可以&b&通过降低励磁电流达到弱磁扩速&/b&的目的。对于PMSM而言，励磁磁动势因永磁体产生而无法调节，只能通过调节定子电流，即&b&增加定子直轴去磁电流分量&/b&来维持高速运行时电压的平衡。达到弱磁扩速的目的。&/p&&p&&b&1. &/b&受逆变器额定输出电流和电机本身热额定值的限制,PMSM稳定运行时，电流矢量最大幅值为&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=I_%7Bs+max%7D+& alt=&I_{s max} & eeimg=&1&&可将电流矢量表示为:&/p&&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=i_%7Bs%7D%5E%7B2%7D+%3Di_%7Bq%7D%5E%7B2%7D+%2Bi_%7Bd%7D%5E%7B2%7D+%3Ci_%7Bsmax%7D%5E%7B2%7D+& alt=&i_{s}^{2} =i_{q}^{2} +i_{d}^{2} &i_{smax}^{2} & eeimg=&1&&&br&&br&&p&由上式可以看出，电流矢量在坐标系下只能运行于&b&以原点为圆心&/b&以&b&电流矢&/b&&b&量最大幅值为半径&/b&的圆内，称该圆为电流极限圆。&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/v2-12afa97b8ab1_b.png& data-rawwidth=&289& data-rawheight=&242& class=&content_image& width=&289&&&/figure&&p&&b&2. &/b&受三相逆变器直流侧电源电压的限制，交流输出侧电压也随之受到限制，PMSM稳定运行时,电压矢量幅值为:&/p&&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=u_%7Bs%7D%5E%7B2%7D+%3Du_%7Bq%7D%5E%7B2%7D+%2Bu_%7Bd%7D%5E%7B2%7D+%3Cu_%7Bsmax%7D%5E%7B2%7D+& alt=&u_{s}^{2} =u_{q}^{2} +u_{d}^{2} &u_{smax}^{2} & eeimg=&1&&&br&&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=%28L_%7Bd%7D+%5Ccdot+i_%7Bd%7D+%2B%5Cpsi+_%7Bf%7D+%29%5E2%2B%28L_%7Bq%7D%5Ccdot+i_%7Bq%7D%29%5E2%5Cleq+%28U_%7Bsmax%7D%2F%5Comega+_%7Br%7D%29%5E2& alt=&(L_{d} \cdot i_{d} +\psi _{f} )^2+(L_{q}\cdot i_{q})^2\leq (U_{smax}/\omega _{r})^2& eeimg=&1&&&br&&p&其中,&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=U_%7Bs+max%7D+& alt=&U_{s max} & eeimg=&1&&是指定子端相电压最大值，在SVPWM正常调制下,&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=U_%7Bs+max%7D+%3DU_%7BDC%7D+%2F%5Csqrt%7B3%7D+& alt=&U_{s max} =U_{DC} /\sqrt{3} & eeimg=&1&&,过调制时&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=U_%7Bs+max%7D+%3D2U_%7BDC%7D+%2F%5Cpi+& alt=&U_{s max} =2U_{DC} /\pi & eeimg=&1&& , &img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=U_%7BDC%7D+& alt=&U_{DC} & eeimg=&1&&为直流母线电压。当电机为凸极永磁同步电机时，&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=L_%7Bd%7D+%5Cne+L_%7Bq%7D+& alt=&L_{d} \ne L_{q} & eeimg=&1&&。方程表示的是&b&随着转速升高不断向中心点收缩的一系列同心椭圆&/b&。&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-7c40f9f71f14baf874a94_b.png& data-rawwidth=&400& data-rawheight=&181& class=&content_image& width=&400&&&/figure&&p&当然，当电机为隐极永磁同步电机时,则表示的是随着转速不断升高向中心点收缩的一系列同心圆。这样 , 电机在弱磁工作区工作时定子电流和端 电压会同时受到如下两个条件的限制：&/p&&p&&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=%5Cleft%7C+i_%7Bs%7D%5Cright%7C+%5Cleq+i_%7Bsmax%7D++& alt=&\left| i_{s}\right| \leq i_{smax}
& eeimg=&1&&,&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=%5Cleft%7C+u_%7Bs%7D%5Cright%7C+%5Cleq+u_%7Bsmax%7D++& alt=&\left| u_{s}\right| \leq u_{smax}
& eeimg=&1&&, 我们将这两个条件满足的方程画在一个坐标系中为：&br&&/p&&p&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/v2-92cb397b48236add87cd203d4306f55f_b.png& data-rawwidth=&679& data-rawheight=&386& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&679& data-original=&https://pic4.zhimg.com/v2-92cb397b48236add87cd203d4306f55f_r.jpg&&&/figure&&b&那么弱磁工作区在哪里？&/b&&/p&&p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/v2-ed9e5bea_b.png& data-rawwidth=&561& data-rawheight=&277& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&561& data-original=&https://pic3.zhimg.com/v2-ed9e5bea_r.jpg&&&/figure&即图中B到C红线区域，在这个区域iq逐渐减小，id逐渐反向增大，此时id起到去磁作用，电机转速会逐渐上升。&/p&&p&当永磁同步电机永磁体产生的磁链和直交轴电感Ld ,Lq确定后 , 电机的电磁转矩 T e便取决 于定子电流矢量 is 。而 is的大小和相位取决 于id 和iq 。因此只要控制id 和 iq , 便可以控制 电机的转矩 。一定的转速和转矩对应于一定 的id 和 i q 。分别比较电机的电流实际值和与给定值 , 实现其转速和转矩控制 。 并且 id 和 iq 独立控制 , 便于实现各种先进控制策略 。&br&&/p&&p&一般在永磁同步电机矢量控制中，电机在&b&基速以下&/b&用&b&最大转矩电流比&/b&（MTPA）原则来控制。&b&基速以上&/b&我们&b&弱磁调速&/b&来控制。&/p&&br&&p&———————————————————————————————————&/p&&p&评论区@&a href=&https://www.zhihu.com/people/pollux-xie& class=&internal&&pollux xie&/a&问，框图里面iq、id和Te的关系。&/p&&p&我贴的这张框图是&b&内置式PMSM矢量控制&/b&的框图，内置式的永磁同步电机电磁转矩满足下式：&/p&&p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/v2-c5a3211a3cfbad_b.png& data-rawwidth=&511& data-rawheight=&70& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&511& data-original=&https://pic3.zhimg.com/v2-c5a3211a3cfbad_r.jpg&&&/figure&细心看得人可能会发现，框图中&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=T_%7Be%7D%5E%7B%2A%7D+& alt=&T_{e}^{*} & eeimg=&1&&而不是&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=T_%7Be%7D+& alt=&T_{e} & eeimg=&1&&，&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=T_%7Be%7D%5E%7B%2A%7D+& alt=&T_{e}^{*} & eeimg=&1&&是什么呢？&b&是电磁转矩的标幺值。至于这个标幺值怎么算，那得先确定基值，如下：&/b&&/p&&p&&b&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-06d67c4c945f032cc884_b.png& data-rawwidth=&250& data-rawheight=&199& class=&content_image& width=&250&&&/figure&此时，可以得到电磁转矩标幺值公式：&br&&/b&&/p&&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=T_%7Be%7D%5E%7B%2A%7D+%3Di_%7Bq%7D%5E%7B%2A%7D+%5Ccdot+%281-+i_%7Bd%7D%5E%7B%2A%7D++%29& alt=&T_{e}^{*} =i_{q}^{*} \cdot (1- i_{d}^{*}
)& eeimg=&1&&&br&&blockquote&前问说过永磁同步电动机&b&基速以下按转矩/电流最大原则来控制电流&/b&。&/blockquote&&p&尤其对于内置式PMSM来说，利用其凸极效应可获得较高的转矩/电流比，减小永磁体体积，降低永磁体磁通，这样既可以降低电机成本又利于电机的弱磁运行。我们可以得到，最大转矩与两个电流分量的关系。&/p&&p&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/v2-222adbee229ae764a1f876bf967ea663_b.png& data-rawwidth=&279& data-rawheight=&76& class=&content_image& width=&279&&&/figure&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-798c405c3bacdab370dc_b.png& data-rawwidth=&300& data-rawheight=&96& class=&content_image& width=&300&&&/figure&就能得到框图中的
&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=i_%7Bq%7D+%3Df%28T_%7Be%7D%5E%7B%2A%7D+%29& alt=&i_{q} =f(T_{e}^{*} )& eeimg=&1&&和
&img src=&http://www.zhihu.com/equation?tex=i_%7Bd%7D+%3Df%28T_%7Be%7D%5E%7B%2A%7D+%29& alt=&i_{d} =f(T_{e}^{*} )& eeimg=&1&&&/p&&br&&p&附：文中原理框图来自于参考文献。&/p&
看到知乎上这个问题，回答的人也比较少，这里简单的作答一下，这篇主要算是“普及”，如有错误之处，还望各位同行轻拍，同时也欢迎指正和讨论。在永磁同步电机的矢量控制策略中，会涉…
&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-a100e8a4abd_b.jpg& data-rawwidth=&1920& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1920& data-original=&https://pic1.zhimg.com/v2-a100e8a4abd_r.jpg&&&/figure&&p&比如有下面的一个三相感应电机&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-166c8ce668def3e0919c40_b.jpg& data-size=&normal& data-rawwidth=&506& data-rawheight=&270& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&506& data-original=&https://pic1.zhimg.com/v2-166c8ce668def3e0919c40_r.jpg&&&figcaption&电机铭牌&/figcaption&&/figure&&p&电机额定电压为460V，频率为60Hz，HP（马力）为30，可不可以估算电机的堵转电流呢。&/p&&p&&br&&/p&&p&首先看看百度上对于电机堵转是怎么说的：&/p&&blockquote&&b&电机堵转&/b&是&b&电机&/b&在转速为0&b&转&/b&时&b&仍然输出扭矩&/b&的一种情况，一般都是机械的或者人为的。 由于&b&电机&/b&负载过大、拖动的机械故障、轴承损坏扫堂等原因引起的电动机无法启动或停止转动的现象。 &b&电机堵转&/b&时功率因数极低，&b&堵转&/b&时的电流（称&b&堵转&/b&电流）最高可达额定电流的7倍，时间稍长就会烧坏&b&电机&/b&。 因此，&b&电机&/b&的一般性试验就包括&b&堵转&/b&试验这一项。&/blockquote&&p&那么能不能不做试验，通过铭牌数据近似的给出一个估计值呢？&/p&&p&&br&&/p&&blockquote&Locked-rotor current is the steady-state current of a motor with the rotor locked and with rated voltage applied at rated frequency. NEMA（&a href=&https://link.zhihu.com/?target=https%3A//baike.so.com/doc/8088.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&美国电气制造商协会&/a&） has designated &b&a set of code letters&/b& to define locked-rotor kilovoltamperes-per-horsepower. This code letter appears on the nameplate of all AC squirrel-cage induction motors. &/blockquote&&p&&br&&/p&&p&电机铭牌上KVA code 为G，根据下面的堵转电流等级表确定出电机对应的Locked KVA/HP值，这里取值6.0。&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-246bb053e30955d6daa3d5bc3d7d5c31_b.jpg& data-caption=&& data-size=&normal& data-rawwidth=&592& data-rawheight=&474& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&592& data-original=&https://pic1.zhimg.com/v2-246bb053e30955d6daa3d5bc3d7d5c31_r.jpg&&&/figure&&p&然后根据公式： &img src=&https://www.zhihu.com/equation?tex=Locked-rotor+current%3D%5Cfrac%7B1000%5Ctimes+HP+%5Ctimes+Locked+KVA%2FHP%7D%7B%5Csqrt%7B3%7DU%7D& alt=&Locked-rotor current=\frac{1000\times HP \times Locked KVA/HP}{\sqrt{3}U}& eeimg=&1&&&/p&&p&（其中HP表示马力，1 马力= 0.7457 千瓦）&/p&&p&&img src=&https://www.zhihu.com/equation?tex=Locked-rotor+current%3D%5Cfrac%7B1000%5Ctimes+HP+%5Ctimes+Locked+KVA%2FHP%7D%7B%5Csqrt%7B3%7DU%7D%3D%5Cfrac%7B1000%5Ctimes+30+%5Ctimes+6.0%7D%7B%5Csqrt%7B3%7D%5Ctimes+460%7D%5Capprox226A& alt=&Locked-rotor current=\frac{1000\times HP \times Locked KVA/HP}{\sqrt{3}U}=\frac{1000\times 30 \times 6.0}{\sqrt{3}\times 460}\approx226A& eeimg=&1&&&/p&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&附：电机铭牌参数表示&/p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/v2-718f64bdd475a7d3bedd5f_b.jpg& data-caption=&& data-size=&normal& data-rawwidth=&720& data-rawheight=&446& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&720& data-original=&https://pic3.zhimg.com/v2-718f64bdd475a7d3bedd5f_r.jpg&&&/figure&&p&&/p&
比如有下面的一个三相感应电机电机额定电压为460V，频率为60Hz，HP（马力）为30，可不可以估算电机的堵转电流呢。 首先看看百度上对于电机堵转是怎么说的：电机堵转是电机在转速为0转时仍然输出扭矩的一种情况，一般都是机械的或者人为的。 由于电机负载过…
&p&今天...&/p&&p&小神就和大家分享一下...&/p&&p&PID控制的一个应用案例...&/p&&p&那就是...&/p&&p&永磁同步电机的...&/p&&p&矢~量~控~制~...&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/v2-95bbdf9ffa3a2cdec9cdf7a6d4a3592e_b.jpg& data-caption=&& data-rawwidth=&361& data-rawheight=&265& class=&content_image& width=&361&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&永磁交流同步电机...&/p&&p&由于集“电机家族”各种优势于一体（参考系列前文）...&/p&&p&被广泛应用于目前比较火爆的行业...&/p&&p&新能源汽车领域...&/p&&p&“她”那自带磁力buff的转子...&/p&&p&孔武有力但“娇小玲珑”的身体...&/p&&p&近似教科书似的完美S曲线（外特性）...&/p&&p&深深的吸引了广大的...&/p&&p&群（lang）众（you）...&/p&&p&激发了人们的征服欲...&/p&&p&So...&/p&&p&那就使用一些手段...&/p&&p&玩（kong）弄（zhi）“她”于股掌之间吧...&/p&&p&哈哈哈&/p&&p&...&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/v2-b1b2db6ff953b8d7bf7d_b.jpg& data-caption=&& data-rawwidth=&150& data-rawheight=&150& class=&content_image& width=&150&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&咱们书接上回...&/p&&p&控制电机的本质就是“梦想”期望扭矩转化成“现实”实际扭矩的过程...&/p&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/v2-4cb2a64b7c0c0fc5eeae3_b.jpg& data-caption=&& data-rawwidth=&819& data-rawheight=&227& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&819& data-original=&https://pic4.zhimg.com/v2-4cb2a64b7c0c0fc5eeae3_r.jpg&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&那么...&/p&&p&拢共分几步呢？&/p&&p&两步...&/p&&p&第一步...&/p&&p&将梦想的扭矩转化为梦想的电流...&/p&&p&你可以根据电机的模型进行建模计算...&/p&&p&也可以先把电机摸个底（标定）...&/p&&p&提前找到转速—转矩—电流的对应关系...&/p&&p&标定的点可以密一些...&/p&&p&这样中间的插值点就可以少一些（有利于提升转矩精度）...&/p&&p&然后根据当前转速的检测和扭矩期望就可以迅速得到你梦想中的电流...&/p&&p&第二步...&/p&&p&在电机上安装电流检测装置...&/p&&p&把实际电流和期望电流的偏差引入P控制和I控制...&/p&&p&通过PI校正电压控制的大小...&/p&&p&调校PI参数弄出完美的电流跟随曲线...&/p&&p&然后你梦想的扭矩就实现了...&/p&&p&&br&&/p&&p&电机控制就这么简单...&/p&&p&本次讨论到此结束...&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/v2-109ad08f7adc5a93b438a18c6bceaf23_b.jpg& data-caption=&& data-rawwidth=&181& data-rawheight=&179& class=&content_image& width=&181&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&好吧...&/p&&p&小神上个厕所先...&/p&&p&接下来就要弄点“逼格”高的东西了...&/p&&p&小神以前不止一次说过...&/p&&p&电流能够产生磁场...&/p&&p&也能在磁场产生力（力矩）...&/p&&p&&br&&/p&&p&比方说...&/p&&p&你在走路&/p&&p&（不要在用这个梗了好不好！！）...&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/v2-1a4b88ce933ef527bda6e2_b.jpg& data-caption=&& data-rawwidth=&368& data-rawheight=&432& class=&content_image& width=&368&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&你后脚用力的方向并不是水平的...&/p&&p&一部分分力用来增加静摩擦...&/p&&p&使你的脚在地上有较大的“粘度”...&/p&&p&一部分力作为反作用力...&/p&&p&使你能够正常行走...&/p&&p&同理...&/p&&p&交流电机的定子电流...&/p&&p&不只是产生了转矩...&/p&&p&也产生了磁场...&/p&&p&磁场对转子自带的永磁场起到了增磁或弱磁的作用...&/p&&p&这就导致了磁场的变化...&/p&&p&定子电流又在这个磁场产生了力矩...&/p&&p&那么力矩也是变化的...&/p&&p&这样...&/p&&p&你就傻傻的分不清楚...&/p&&p&这定子电流里...&/p&&p&到底有多少是产生磁场...&/p&&p&又有多少是产生力矩呢？&/p&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-6a333cbbf736b_b.jpg& data-caption=&& data-rawwidth=&380& data-rawheight=&329& class=&content_image& width=&380&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&且叫小神继续抽丝剥茧&/p&&p&...&/p&&p&我们知道（以前铺垫）...&/p&&p&三相正弦矢量是可以合成一个旋转矢量...&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/v2-0f14be86f33c37f35c2cb_b.jpg& data-caption=&& data-rawwidth=&233& data-rawheight=&221& class=&content_image& width=&233&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&同样...&/p&&p&三相正弦电流矢量就可以合成一个总的电流矢量...&/p&&p&我们把这个电流合成量标记为Is...&/p&&p&这是一个数值不变方向旋转的量...&/p&&p&如果我们把这个粉色的合成矢量Is通过建立一个正交坐标系“包”起来...&/p&&p&并且让这个坐标系跟着它（Is）同频率旋转...&/p&&p&就像酱紫...&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-9c91e177d715cfce2c241bf3bbf02af8_b.jpg& data-caption=&& data-rawwidth=&365& data-rawheight=&308& class=&content_image& width=&365&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&那么...&/p&&p&根据运动学相关理论...&/p&&p&在此坐标系下...&/p&&p&Is就成为相对静止的量...&/p&&p&也就是说变成了一个直流量...&/p&&p&那么...&/p&&p&Is在旋转坐标系下的xy轴投影...&/p&&p&或者说是直轴（Direct-axis）、交轴（Quadrature axis）的投影分量... &/p&&p&就是传说中的直轴电流（Id）、交轴电流（Iq）...&/p&&p&这就是三相交流变两相直流的全部过程...&/p&&p&当然...&/p&&p&这是两个很有名的变换...&/p&&p&克拉克（Clark）变换(三相交流转变两相交流)以及帕克（Park）变换（两相交流变两相直流）...&/p&&p&&br&&/p&&p&接着我们在看一下这个Id和Iq的物理意义... &/p&&p&我们把这个坐标系放在电机的转子上...&/p&&p&让它跟着转子一起旋转（1对极的电机）...&/p&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/v2-539e81cddec06bab98113e_b.jpg& data-caption=&& data-rawwidth=&511& data-rawheight=&448& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&511& data-original=&https://pic3.zhimg.com/v2-539e81cddec06bab98113e_r.jpg&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&因为D轴和永磁转子的磁场方向一致...&/p&&p&所以D轴电流只能控制电机磁场增磁或去磁...&/p&&p&而Q轴与磁场方向垂直...&/p&&p&所以Q轴电流使电机产生转矩...&/p&&p&So...&/p&&p&Id又称为&b&励磁电流&/b&...&/p&&p&Iq又称为&b&转矩电流&/b&...&/p&&p&这样...&/p&&p&你期望的电流就解耦成了转矩电流和励磁电流...&/p&&p&So...&/p&&p&控制电机就方便多了...&/p&&p&我们的控制系统流程图就变成了这样子...&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-a27fe436e723b0f1d654_b.jpg& data-caption=&& data-rawwidth=&724& data-rawheight=&363& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&724& data-original=&https://pic1.zhimg.com/v2-a27fe436e723b0f1d654_r.jpg&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&这样看...&/p&&p&是不是实现交流电机定子电流的完美解耦&/p&&p&...&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/v2-ddf8ed10bc8575_b.jpg& data-caption=&& data-rawwidth=&407& data-rawheight=&406& class=&content_image& width=&407&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&标定电机时...&/p&&p&电流（Is）解耦是有“套路”的...&/p&&p&&b&在恒转矩区域...&/b&&/p&&p&你可以不对转子磁场进行增磁/去磁（id=0控制）...&/p&&p&只期望转矩电流加上去...&/p&&p&反正转矩电流和转矩是成正比的...&/p&&p&这样你的期望电流合成矢量就是...&/p&&p&&b&Is?=Id?+Iq?=0+Iq?...&/b&&/p&&p&当然...&/p&&p&你也可以适当的加一点Id（增磁）...&/p&&p&较之于Id=0控制...&/p&&p&同样的转矩输出...&/p&&p&使Is最小...&/p&&p&这样电机出同样转矩损耗会小很多（因为电流小了嘛）...&/p&&p&这就是最大转矩电流比控制（MTPA控制）...&/p&&p&&br&&/p&&p&接下来电机的速度要达到额定点了...&/p&&p&&b&进入恒功率区域...&/b&&/p&&p&永磁体快速切割定子产生的反电势要盖过控制器的调节电压了...&/p&&p&如果反电势高于我（控制器）的调节电压的上限...&/p&&p&我什么电流都输出不了...&/p&&p&还怎么玩弄你&/p&&p&...&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-c6fb3edb707c_b.jpg& data-caption=&& data-rawwidth=&318& data-rawheight=&265& class=&content_image& width=&318&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&没关系...&/p&&p&老司机有方法...&/p&&p&&br&&/p&&p&让直轴电流为&b&负值&/b&...&/p&&p&进行弱磁（去磁作用）...&/p&&p&这样Id就成为传说中的&b&弱磁电流&/b&...&/p&&p&减小了气隙磁场的强度...&/p&&p&这样你的反电势就上不来...&/p&&p&我就始终压着你玩...&/p&&p&你的转速再往上飙...&/p&&p&产生的反电势再高...&/p&&p&但架不住我的弱磁&/p&&p&...&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/v2-5aca35fae84b64cfd9fad_b.jpg& data-caption=&& data-rawwidth=&510& data-rawheight=&265& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&510& data-original=&https://pic2.zhimg.com/v2-5aca35fae84b64cfd9fad_r.jpg&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&But...&/p&&p&当一款崭新的电机被设计出来时...&/p&&p&是有峰值电流的...&/p&&p&也就是说...&/p&&p&Is是有上限的...&/p&&p&Id? （弱磁电流）的提升必然会导致Iq?（转矩电流）的下降...&/p&&p&这样电机的转矩输出就有点无力了...&/p&&p&这就解释了为什么在恒功率区转速越提高...&/p&&p&峰值转矩却一直往下跌...&/p&&p&从理论上来讲...&/p&&p&如果Is全部变为弱磁电流...&/p&&p&峰值转速是可以无限大的...&/p&&p&但是实际上...&/p&&p&电机是有机械损失的...&/p&&p&而且弱磁电流过大会让永磁体转子退掉与生俱来的磁力Buff（虽然情况很少见）...&/p&&p&So...&/p&&p&峰值转速的指标就是这样诞生了...&/p&&p&&br&&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/v2-bf5a5c05efbe01d4fdde1_b.jpg& data-caption=&& data-rawwidth=&560& data-rawheight=&270& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&560& data-original=&https://pic2.zhimg.com/v2-bf5a5c05efbe01d4fdde1_r.jpg&&&/figure&&p&&br&&/p&&p&恒转矩区域的MTPA控制...&/p&&p&恒功率区域的弱磁控制...&/p&&p&组成了永磁同步电机的&b&矢量控制理论&/b&...&/p&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&参考资料：&/p&&p&1、所有GIF图均来自soogif网站。&/p&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&&a href=&//link.zhihu.com/?target=http%3A//weixin.qq.com/r/sztFXdHEMYxOrZU_926h& class=& external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&&span class=&invisible&&http://&/span&&span class=&visible&&weixin.qq.com/r/sztFXdH&/span&&span class=&invisible&&EMYxOrZU_926h&/span&&span class=&ellipsis&&&/span&&/a& (二维码自动识别)&/p&&p&&/p&
今天...小神就和大家分享一下...PID控制的一个应用案例...那就是...永磁同步电机的...矢~量~控~制~... 永磁交流同步电机...由于集“电机家族”各种优势于一体（参考系列前文）...被广泛应用于目前比较火爆的行业...新能源汽车领域...“她”那自带磁力buff的…
&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/v2-aea48f5f3af27fb_b.jpg& data-rawwidth=&350& data-rawheight=&350& class=&content_image& width=&350&&&/figure&&p&矢量控制和直接转矩控制都可以实现&b&高动态性能变频调速系统&/b&的设计。二者有各自不同的优缺点，以及各自不同的最佳应用领域。但有人说，&br&&/p&&blockquote&直接转矩控制技术是一种比矢量控制技术更先进、性能更优越的新一代交流调速控制方法。&br&&/blockquote&&p&这样的表述是不正确的，我们不能因为直接转矩控制比矢量控制晚了十几年提出，就武断的说后者比前者优秀。虽然我们可以说VVVF变频调速是&b&第一代交流调速控制技术&/b&，但不能简单的说矢量控制和直接转矩控制是第二代和第三代交流调速技术。&/p&&p&二者的基本控制结构是相同的，理论基础是相通的。从控制量来看，它们都需要磁通和转矩的估计，但用途显然是不一样的，磁通的误差在矢量控制中被用作PI调节器的输入，输出是电流的给定量；而直接转矩控制中把&b&误差直接拿来驱动变频器&/b&，不需要电流控制环和旋转坐标变换。不同之处在于二者的控制方案的区别，导致了控制性能的差别。&/p&&p&矢量控制是&b&转子磁链&/b&定向，将电机定子电流分解成转矩电流分量和励磁电流分量以实现&b&解耦。&/b&可以按照&b&线性系统&/b&的控制理论方法来设计转速和磁链的&b&PI控制器，从而可以实现连续控制，&/b&如下图。&/p&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/v2-fb2a42eac6dd_b.jpg& data-rawwidth=&494& data-rawheight=&233& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&494& data-original=&https://pic1.zhimg.com/v2-fb2a42eac6dd_r.jpg&&&/figure&&br&首先，转子的速度以及相对于定子磁场的角位置等信息通过&b&脉冲编&/b&&b&码器&/b&被反馈回来。电机的相关电气特性被数学模型化，加之使用高性能微处理器比如&b&DSP&/b&来处理采集到的数据。并通过调制器将电压、电流和频率等控制变量给定到交流异步电机，这样一来，电机的转矩被间接控制，可以达到零速满转矩，控制性能十分接近于直流传动。&br&&br&这里我们为了达到快速的转矩响应和较高的速度精度，&b&反馈装置&/b&是必需的。这使得成本上升并且增加了传统交流电机的复杂性。同样，调制器的使用降低了输入的电压和频率信号与电机的实际要求之间的通讯速度。虽然电机的机械结构简单，但是传动装置的电气结构比较复杂。&br&&br&此外，&b&转子的磁链定向&/b&容易受到电机&b&转子参数（&/b&转子电阻和电感&b&）&/b&变化的影响，电机动态运转时，转子参数变化不易测，降低了控制系统的&b&鲁棒性&/b&。&br&&blockquote&鲁棒性（robustness）就是系统的健壮性。它是在异常和危险情况下系统生存的关键。&br&&/blockquote&&br&&p&而直接转矩控制则是&b&定子磁链&/b&定向，在定子坐标系下分析电机的数学模型，计算控制电机的磁链和转矩，不用复杂的坐标变换。按照非线性的控制理论方法来设计离散的两点式BANG-BANG控制器。&/p&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/v2-ea8cb2fdac1_b.jpg& data-rawwidth=&582& data-rawheight=&278& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&582& data-original=&https://pic2.zhimg.com/v2-ea8cb2fdac1_r.jpg&&&/figure&&br&控制变量为电机磁通和电机转矩，不需要调制器也不需要转速计或编码器等设备来反馈电机&br&转速或电机轴的位置。&br&&blockquote&使用DTC控制，在40HZ以下典型的转矩响应时间在1到2ms，而带编码器的矢量控制和直流传动响应时间在10-20ms之间。开环的PWM传动响应时间超过100ms。&/blockquote&&p&虽然动态响应比PI控制块，但是&b&转矩脉动&/b&也随即而来。此外，带积分环节的磁链电压模型在低速时的适用性值得商榷，导致直接转矩控制在低速时控制性能不佳。此外，电动机运行一段时间之后，电机的温度升高，定子电阻的阻值发生变化，使定子磁链的估计精度降低，导致电磁转矩出现较大的脉动。如果多个电机并联到&/p&&br&&blockquote&直接转矩控制的逆变器上，这些电机是被作为一个大的电机来控制的。此时没有任何关于单独一个电机的信息。如果电机数量会发生变化，或者电机功率小于逆变器额定功率的1/8，推荐使用标量控制。（ABB手册）&/blockquote&&p&&b&二者应用领域：&/b&矢量控制用于宽范围调速系统和伺服系统，而直接转矩控制则适用于需要更快速转矩相应的大惯量控制系统。&/p&&p&在如今的技术水平之下，从控制系统的动态性能和稳态性能考虑，无论采用这二者中的哪一个控制，均可满足一般的生产要求。不论是ABB的ACS800，还是西门子的6SE70，根据你公司和客户的要求来选择合适的变频器。&/p&
矢量控制和直接转矩控制都可以实现高动态性能变频调速系统的设计。二者有各自不同的优缺点，以及各自不同的最佳应用领域。但有人说， 直接转矩控制技术是一种比矢量控制技术更先进、性能更优越的新一代交流调速控制方法。 这样的表述是不正确的，我们不能因…
好久都没有认真回答过专业问题了，今天来一发。&br&电磁换能魔法师要布阵了！希望这个回答给所有没学电机的童鞋一个简单的认识，给正在学电机的童鞋一个帮助，给学过电机的以另一个角度。本答案将不含任何公式，从本质上切入问题。&br&所有的电机原理都如下图（纯Visio手绘，轻拍）：&br&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/bc48dc7c9568bac8daa1b65_b.jpg& data-rawwidth=&1160& data-rawheight=&1160& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1160& data-original=&https://pic2.zhimg.com/bc48dc7c9568bac8daa1b65_r.jpg&&&/figure&两个灰色的轮子一个是定子，一个是转子。具体哪个做定子，哪个做转子。随意。&br&所有电机的原理都是这么简单！真的只有这么简单，那就是：转动其中一个轮子，另一个轮子就会跟着转。很熟悉啊有木有，就是初中物理的讲的“异性相吸”啊。可是为什么所有教材讲的都接近于玄幻呢？因为——我国教育擅长学而不擅长教……如果能上Youtube或者看看有几位IEEE电机祖师爷写的教材，你就会发现他们写的书真的就跟连环画似的，好亲民……而目前我还没有看到过任何一本能与之等价的中文读物……&br&&br&言归正传，参考上图，磁铁都紧紧的吸在了一起，凭直觉，如果错开任何一个角度，比如下图：&br&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/fdb73debbdd0_b.jpg& data-rawwidth=&1160& data-rawheight=&1160& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1160& data-original=&https://pic1.zhimg.com/fdb73debbdd0_r.jpg&&&/figure&不稳定啊有木有！有一种如果松手肯定会发生什么的感觉啊有木有。不错！这就是力！力就这么产生了！力乘以距离就是力矩，在这里我们就称之为转矩。如果我用手转动外面的壳，里面的轮子如果能动肯定也会跟着转，这样电机就动起来啦~&br&重要的事情再重复一遍：所有电机的原理都是这样的！就是这么简单！&br&&br&OK，所有交流电机都是有一个旋转的磁场带动另一个磁场使之旋转~那个旋转的磁场是三相对称电流产生的，这个我想大家都是懂得。如果不懂，那就去看书吧，这一段教材上写的还是蛮形象的。这个发明是意大利的一位物理学家最先提出的，后来被特斯拉发扬光大。接下来的所有例子中，都是外面那个磁铁在转，里面那个轮子跟着动。那么问题来了，从上面的两张图我们能得到一些什么结论呢？&br&1.
磁铁完全对着的时候（如第一张图）电机转不起来，对的太正了好稳定的感觉&br&2.
磁铁错开一点的时候（如第二张图）电机可以转起来&br&3.
磁铁错开太多的时候……貌似力度不够，带不起来&br&4.
磁铁一开始就转的特别快，而另一个转速为零，貌似也转不起来（因为刚被前面的磁铁吸了一下，后面的磁铁就又上来了，又往后吸了一下，前功尽弃的感觉），所以电机就在那一直震啊震&br&&br&于是，你就会想，如果我想控制里面的转子转的漂亮，我就需要有一套有效的控制外面的磁场的转动的方法，不能太快，不能太慢，要根据里面的情况，循序渐进的转动外面的环环~~这就是电机控制方法。不要看公式复杂成天书，本质上就是这么简单~~&br&&br&好的，感性认识建立起来了吧~现在，我们来看上面提到过的第3个问题，两个磁铁离得太远不行，离得太近不行，那要成什么位置才会有最大的转矩啊~~~这就是这个问题问的本质，就有了park变换和DQ轴啦~~park变换就是为了进一步探讨空间位置对于力的控制。&br&&br&控制电机，说到底，控制的是神马？！其实就是力啊有木有，磁铁相对于转动轴的距离是固定的，所以转矩直接正比于磁铁之间的电磁力啊（转矩等于所有力乘以距离，距离都一样）。那么我们谈控制其实就是在控制两个磁铁之间的力。有人会说电机另一个输出量是转速，也许要控制。对，可是转速是表面现象，控制转速是通过控制力来间接实现的。转矩大了自然会转的更快，转矩小了转速不就降下来了嘛~&b&所以归根到底电机控制其实控制的就是电磁力~就是图上显示的几对磁铁之间的力~&/b&&br&&br&&br&那么，这个力跟什么有关呢？前面我们说了，和两个内外磁铁的空间位置有关：两个磁铁错开太少没有力，错开太多了力又不够，貌似角度错开成某个值的时候有一个最大值的感觉。不错，这个结论的得出是在磁铁磁力不变的前提下得到的，如果磁铁的强弱是可以调节的会发生什么？请看下图：&br&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/caebd7a1df11b9d82e5dfdcc9371e64d_b.jpg& data-rawwidth=&1160& data-rawheight=&1160& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1160& data-original=&https://pic2.zhimg.com/caebd7a1df11b9d82e5dfdcc9371e64d_r.jpg&&&/figure&&br&什么！磁铁怎么这么小？再看原来的图片是不是有一种器大活好的怀旧感？凭直觉，上图所示的电机感觉上力量就比原来的电机弱，因为他磁铁小啊，力不从心啊有木有。现实中磁场的强弱就是可调节的，因为外部的旋转磁场是由三相电流产生的啦，所以通过控制正弦电流的幅值你就可以调节磁场的强弱啦~有的同学可能会有一个问题，那么对于永磁电机来说，里面的磁铁是不是应该保持不变呀？没错，这个问题我们放一放，一会再说。&br&&br&综上，我们得到了一个强有力的结论：要想控制电机转的漂亮，有两个因素要把握好：&br&1.
磁铁磁力的强弱&br&2.
内外磁铁的空间相对位置&br&&br&可是这两个问题耦合在一起好难分析啊有木有，因为如果磁铁变大但空间错的很开，那电磁力矩是变大了还是变小了啊？如果磁铁变小但是错开的又近了一些，那力矩到底是小了还是大了啊！？有两个因素都在变，很难单独分析哇。于是我们就想，能不能把这两个因素通过一种简单的方法解耦呢？这就是Park变换和DQ轴出现的大背景啦。来看下图：&br&&br&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/cea408cddfa4d465faea6d40fc20b658_b.jpg& data-rawwidth=&675& data-rawheight=&878& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&675& data-original=&https://pic1.zhimg.com/cea408cddfa4d465faea6d40fc20b658_r.jpg&&&/figure&你看，内部磁铁在空间有一个磁场，外部磁铁会产生一个磁场，说到底，其实力的产生就是和这两个磁场的大小和方向有关系嘛~&br&&br&所以（敲黑板状），所有电机，注意是所有电机（包括直流电机和任何类型电机），他们的转矩都是正比于内外两个磁场的叉乘（如上图），就是两个磁场矢量围成的平行四边形的面积。如果两个磁铁方向重合（如最开始的第一张图），那么平行四边形的面积就是零，没有力。如果方向错开一点（比如最开始的第二张图），那么就会有力（因为平行四边形面积不为零啦）。&br&&b&上面这个公式（电机转矩正比于转子磁场叉乘定子磁场）是电机学最最最最最本质的公式！我不明白为什么我们的中文教科书都不详细讲这一条！！！！&/b&&br&&br&好，接着唠。平行四边形什么的最有意思啦，因为他可以被拆成矩形啊~七巧板的感觉：&br&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/4fe18d3f1e0cd3dfa9da4_b.jpg& data-rawwidth=&956& data-rawheight=&356& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&956& data-original=&https://pic1.zhimg.com/4fe18d3f1e0cd3dfa9da4_r.jpg&&&/figure&你看，一个平行四边形就这么被拆成矩形啦。为什么这么拆？因为好看啊！你不觉得方方的地砖才是正派么？四边形的地砖都是异端啊。上面两个图形的面积是一样的，所以分析起来不必担心。我们把原来的Bin称之为d轴磁场（d是direct的缩写，意思是直接的；d轴中文翻译为直轴），把新拆出来的垂直于Bin的磁场称之为q轴磁场（q是quadrature的缩写，意思是垂直的、正交的、90度的；q轴中文翻译为交轴）。怎么样，其实这些原理一开始定义的时候是很好记的！很形象的！哪有那么复杂！1929年，帕克还在波士顿的通用电气苦逼的拧螺丝呢，他哪会起什么复杂的名字，完全是为了自己干活好用好嘛~&br&&br&看！两个磁场，Bd和Bq，他们的面积决定了力的大小！决定了电机的输出转矩！控制这两个值，上面我们分析的所有情况都可以被控制啦！那么磁场是什么产生的？电流产生的。磁场和电流的关系是什么？&br&&br&磁场=电流×电感&br&&br&又是高中物理啊……是啊，你工程再复杂，本质上的物理属性就是这么简单……&br&所以帕克就说啦，把电机现实中的三相电感如果能转换成DQ轴的两相电感，世界就美好了啊。因为电流我可以测出来，我只要知道了DQ轴电感，那我就知道了两个磁场啦，然后我就又知道力啦，然后我就知道了转矩啦，然后我就可以通过改变电流控制转矩啦，然后我就可以通过转矩控制转速啦！有一种征服了全世界的感觉啊有木有。&br&&br&回来了，继续答题。普通青年的思路就像刚才说的这样，有这么一条链条：&br&电流 → 磁场 → 力 → 转矩 → 速度&br&所以我们通过控制电流的D轴分量和Q轴分量就能控制矩形的两条边：Bd和Bq的大小啦，他们相乘就是转矩啊~ 通过速度和（或）位置反馈，我们就能够有效的控制外面的环环使之带动里面的轮子转起来啦。DQ两个分量合成的其实是一个矢量，于是乎这种方法就叫做矢量控制（Vector Control），也有人称之为FOC（Field Oriented Control），一回事。这种普通青年的正常思路是1970年前后由达姆施塔特工业大学和西门子工程师提出的。&br&&br&二逼青年可能会这么问：上面那个链条好繁琐，特别是在电流推磁场的过程中，要用到派克变换，那矩阵太美都不敢看，难道就木有简单的办法吗？&br&有同学可能就会说，为什么不用一个磁场传感器直接测量磁场呢？这样一来我们不就直接知道了磁场的位置和方向了嘛~~ 原则上来说确实是这样的，可是！！电机内部气隙太小，没法安装啊衰。平时大家是怎么测量电机内部磁场的呢？有些人用一根导线在某个定子的齿（tooth）上缠几圈，直接测量感应出来的电压不就好啦，因为电压就是磁场的微分呀。&br&这时候，两个文艺青年站出来了，说：“给你们厉害的，定子绕组本身就是一个传感器呀”。众人仿佛发现了什么，一阵蛋疼，纷纷晕倒：“卧槽！我们为什么就没有想到！！！！”原来，定子电压直接积分不就是磁通嘛……没办法，晚一步就是晚一步，那两个文艺青年将这种方法注册了专利：直接转矩控制（DTC），众人再次晕倒。后来ABB公司直接买断了这份专利，众人纷纷散场：“算了，还是用矢量控制吧”。&br&&br&于是，西门子和ABB两大巨头的带领下，电机控制分为了剑宗和气宗，哦不对，是矢量控制和直接转矩控制的阵营。矢量控制要走一个长长的链条，所以计算量大。直接转矩控制简单有效，可惜被买断了……于是众人只能继续用矢量控制……&br&&br&看到这里，基本上就明白了DQ轴和帕克变换了吧~ &br&我们的特别多的中文教材和很多教授（甚至诸多老教授）喜欢把DQ变换说成“把交流电机变换为直流电机分析”的过程，其实这个类比很容易把学生给带迷糊了，尤其是第一次连直流电机都没弄特别清楚的新生。DQ变换之后的磁场分析和直流电机的磁场可完全不是一个问题，只能类比，只能说长得像，千万不能直接套着用。&br&&br&又是新的一天，继续更新。其实以上基本上能够讲明白DQ轴的由来，电机基本原理和电机控制的基本原理。如果你想了解到这里，以上足够了。以下将深入一些，涉及到异步、永磁电机的差异，弱磁控制的本质原因和电动汽车电机的自身特点等问题，都是比较热门的问题，不过原理上还是比较简单的。&br&&br&就像上面说的，电机转动的本质原因是转子磁场和定子磁场的相互作用，再说白一点，就是一个磁铁吸着另一个磁铁，使得另一个磁铁所在的转动件转圈：&br&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/cefffe2abb9a58d364076fc_b.jpg& data-rawwidth=&226& data-rawheight=&498& class=&content_image& width=&226&&&/figure&&br&这样的话就需要两个磁铁，一个主动旋转的磁铁，一个被动被吸附的磁铁。主动旋转的磁铁我们知道是三相对称电流所产生的旋转磁场。那么被动吸附磁铁是谁？对于同步电机来说，被动吸附的磁铁是镶嵌在转子上的永磁体或他励线圈产生的“人造永磁体”；对于异步电机来说好像没有被吸附的永磁铁啊。对，因为异步电机被吸附的永磁体也是旋转磁场产生的。纳尼？理解不能啊！不要着急，异步电机的转子是个鼠笼，他经历了一些奇妙的事情：&br&&br&外面旋转磁场旋转 → 切割了鼠笼的金属导体 → 金属导体产生了电动势 → 由于鼠笼短接所以金属导体就产生了感应电流 → 感应电流产生了一个磁场（转子磁场）&br&&br&所以，对于异步电机来说，他的“被吸附的永磁体”就这么产生了！&b&异步电机的“被吸附磁体”是自己感应出来的&/b&！所以异步电机（Asynchronous Motor）的英文名叫做感应电机（Induction Motor）。好像有点熟悉？没错，这不就是个变压器嘛~~ 原边产生了一个磁场然后副边感应了一个电流啊，电能就这么传输过去了。只不过普通的变压器是静态的，这个变压器是会动的！也就是说这个变压器的铁芯不是一整块，而是两块拼起来的，所以副边缠绕的那块铁芯就跟着原边缠绕的那块铁芯转起来啦。正因为这样，异步电机的等效电路图其实就是一个变压器，只不过二次侧的有效电阻是一个和转差率相关的动态元件。&br&&br&如果你还是对异步电机的内外磁铁不能够明白，我就再放一个实际中的异步电机定子转子磁场分布图：&br&&figure&&img src=&https://pic1.zhimg.com/3af37f6f350ef80b168a4_b.png& data-rawwidth=&245& data-rawheight=&202& class=&content_image& width=&245&&&/figure&那些线条是磁力线，定子的磁场和转子的磁场形成了一个角度，其实就相当于两个磁铁了，跟前面演示的磁铁图没有任何区别。&br&&br&这样一来，两种电机的原理基本上就能够理清啦。&br&&br&终于回来了，继续更新。今天主要说感应电机和永磁电机的磁场控制区别。再次复习一下重点：电机转矩正比于转子磁场和定子磁场的叉乘，即等价于转子磁场和定子磁场围成的平行四边形的面积，亦正比于DQ轴磁场围成的矩形面积。无论是感应电机还是永磁电机，控制转矩都是通过控制DQ矩形面积来实现的，这一点我们前面说过。可是，由于感应电机和永磁电机的构造有区别，他们的磁场控制策略也是有区别的。这一点尤其重要，因为感应电机和永磁电机是现在工业中应用最最广泛的两种电机。这两种电机就像交流电和直流电一样，就像直接转矩控制和矢量控制一样，几乎平分了市场，各有优缺点。无论你面试特斯拉，福特还是通用、丰田全电动或混动部，这道面试题是肯定躲不过的。目前所有混合动力汽车的电机都是无刷永磁电机，而目前纯电动车的电机主要是感应电机（因为纯电动特斯拉占了很大比例，而特斯拉全部都是感应电机）。&br&&br&对于感应电机来说，转子磁场和定子磁场都是由三相电流来决定的，因为感应电机的转子磁场是感应出来的嘛；而对于永磁电机来说，转子磁场有相当一部分是由镶嵌的永磁体决定的，而且这部分磁场是几乎不变的。对于感应电机来说，转子磁场和定子磁场都可以灵活自如的调节；而对于永磁电机来说，转子磁场的相当一部分是改变不了的（永磁体产生的磁场是恒定不变的）。通俗点讲就是：感应电机的两个磁铁都可以变大变小；而永磁电机的转子侧磁铁基本上改变不了。如下图：&br&&figure&&img src=&https://pic2.zhimg.com/ea35bf2b63e2aa2972c1_b.jpg& data-rawwidth=&875& data-rawheight=&1072& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&875& data-original=&https://pic2.zhimg.com/ea35bf2b63e2aa2972c1_r.jpg&&&/figure&&br&上图中我已经将磁场分解成了垂直的两个磁铁啦，其实和前面斜着摆的是一回事。这两个磁铁就分别是总的DQ轴的磁场啦。由于已经分解了，那么这两个磁场总是垂直的嘛，看，这下干活是不是方便多啦。感觉上是不是感应电机的劲儿大一些呢？因为人家磁铁好大的感觉哈。对，如果真的是按图中所画那样，这个感应电机的功率确实比下面的永磁电机高。所以大家现在还在研究新的永磁体好让图中永磁的转子侧那块的磁铁再大一些嘛~ &br&&br&对于感应电机来说，两个磁铁就像是大圣的如意金箍棒，要大便都大，要小便都小，所以很灵活呀有木有！但是控制起来很麻烦，因为两边都要操心，累啊！但是真的灵活啊，特别是有了电力电子技术，那开关啪啪啪，一秒钟就能啪几千次，控制的超级精确呀有木有，所以控制这一块也还好，并没有那么夸张啦。&br&&br&对于永磁电机来说，转子磁铁就是一坨安安静静的永磁体，人家基本上是固定的，而我只要变动Q轴磁场就可以轻松的实现控制，简单省心，尤其是启动的时候，哎妈呀，那真是简单有效（一会会讲）。但是还是我的那句话，有利就有弊，正是因为永磁体的磁场不变性，给后来的控制引入了大麻烦了。&br&&br&启动的时候，看下图：&br&&figure&&img src=&https://pic4.zhimg.com/b8db7de2ae0cab_b.jpg& data-rawwidth=&759& data-rawheight=&878& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&759& data-original=&https://pic4.zhimg.com/b8db7de2ae0cab_r.jpg&&&/figure&从上图看来，感应电机的磁场是两条边同时长的，而永磁电机呢？人家转子侧本来就有很牛逼的永磁磁场，所以只需要一个Q边就可以围出来一个大大的面积。上面两个矩形的面积是一样的，可是样子却完全不同的。这意味着，此时两种电机的力矩虽然相同，可是消耗的电流不一样呀。感应电机的两个磁场都要由电流提供，而永磁电机只需要电流提供一个Q轴磁场就可以啦。所以在启动的时候，永磁电机的效率狂甩感应电机几条街啊。没办法，什么叫做天生条件好，你懂了吧，天生大长腿，自然跑的美。但是这个天生的优势在弱磁控制中却成了永磁电机的致命弱点。这部分下次再更。&br&&br&回来啦！今天我们讲解弱磁控制！这个问题是电机的高阶领悟！能修炼到这一层接触这个问题，说明你已经很厉害啦，这意味着你已经是研究生以上学历的电气工程学者或者是资深工程师啦。什么是弱磁控制？英文名字叫做 Flux-Weakening Control，直译是“弱磁控制”，但我们有些中文学者将这个翻译成了：“弱磁扩速”！我觉得这个翻译简直神了~~ 因为弱磁控制就是为了扩速~汉语的博大精深终于体现出来啦。扩速，就是扩展速度，把电机的运行速度继续向上提。比如，这台电机的额定速度是3000转/分，我想提到5000转或7000转，怎么办？继续加电压？绝缘会击穿吧~ 继续加电流？貌似和加电压是一回事呀~ 那怎么办？这就是弱磁控制，这是一个“电机到达额定转速之后继续扩速改怎么办”的问题。有没有办法呢？有的。当然一开始是没有的，一开始没有电力电子技术的时候这种事情想都不敢想，继续加电压会电弧闪闪放光芒的。后来有了电力电子技术，弱磁扩速才慢慢出现了。&br&&br&正式开讲弱磁控制之前，我先帮大家回忆一下电机的转矩-速度曲线，这个很经典：&br&&figure&&img src=&https://pic3.zhimg.com/6b83ef8a8a95cc37b9182_b.jpg& data-rawwidth=&700& data-rawheight=&492& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&700& data-original=&https://pic3.zhimg.com/6b83ef8a8a95cc37b9182_r.jpg&&&/figure&&br&上图第一张图是转矩-转速曲线，第二张图是功率-转速曲线。上电机课程的时候，老师都会讲：电机有两个状态：一开始是恒转矩，后来是恒功率。但是有些倒霉老师不讲为什么，坑爹啊……&br&我来告诉为什么，还是因为一个高中物理公式：&br&&br&功率=转矩×转速&