?知識分享：什么是電機的矢量控制

??矢量控制是一種電機的控制技術(shù)，它可將三相電機控制變成和有刷直流電機一樣，實(shí)現簡(jiǎn)單控制，且效率高。

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有刷直流電機切換電流是需要通過(guò)換向器實(shí)現形成旋轉磁場(chǎng)，轉子在定子的磁力作用下旋轉，結構簡(jiǎn)單轉矩大且具有良好的調速性能，這是有刷直流電機的主要特點(diǎn)，直流電機的勵磁方向始終是垂直于磁場(chǎng)的方向，控制方法簡(jiǎn)單有效。

有刷直流電機旋轉原理：直流電通過(guò)換向電刷，通過(guò)換向形成磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)與定子的相互作用下，帶動(dòng)轉子旋轉。

而傳統的三相感應電機，它輸入的是三相對稱(chēng)正弦電壓，空間磁鏈近乎圓形，轉矩穩定。但是，缺點(diǎn)也是比較明顯的：

1.三相對稱(chēng)正弦交流電產(chǎn)生的是一個(gè)隨時(shí)間和空間都在變化的旋轉磁場(chǎng)，是一個(gè)多變量的系統；

2.定子電流無(wú)法單獨調節勵磁和轉矩，他們之間是強耦合，非線(xiàn)性的復雜關(guān)系、體積大、損耗多。??；

那么，有沒(méi)有方法可以把三相感應電機像直流電機那樣控制起來(lái)簡(jiǎn)單有效穩定呢？還特別穩定呢？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(gè)世紀七十年代提出的一種控制方式，將三相交流經(jīng)過(guò)一系列坐標變換，最終變?yōu)橹绷骺煽氐膬上嗾浑娏?。解耦復雜的電流關(guān)系，使得電機變得簡(jiǎn)單可控。

這種矢量控制技術(shù)可用于交流電機也可用于直流電機，無(wú)論是無(wú)論是哪種電機，它的轉矩都正比于定子磁場(chǎng)和轉子磁場(chǎng)的叉乘，即它們所圍成的平行四邊形的面積。當定子磁場(chǎng)和轉子磁場(chǎng)夾角為 90° 的時(shí)候，它們所圍成的平行四邊形的面積最大，這個(gè)時(shí)候所產(chǎn)生的力矩也最大。

和有刷直流電機一樣，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(chǎng)與定子磁場(chǎng)和轉子磁場(chǎng)始終能保持垂直，所產(chǎn)生的力矩也最大。如果想使三相電機在控制上達到直流有刷電機的效果，那就必須想辦法解耦轉矩與勵磁之間的關(guān)系。如果能控制定子磁場(chǎng)和轉子磁場(chǎng)的夾角始終相差 90°，那么直流電機的控制效率會(huì )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(chǎng)定向控制。它能夠解耦復雜的定子電流關(guān)系，將定子電流分解成控制勵磁的直軸電流，以及控制轉矩的交軸電流。

前面提到，三相電機通入的是空間相差 120° 的三路對稱(chēng)正弦電壓，在空間形成旋轉的磁場(chǎng)。當然，想要在空間產(chǎn)生旋轉的磁場(chǎng)，不一定非要三相對稱(chēng)繞組，任意對稱(chēng)的多相繞組都可以在空間產(chǎn)生旋轉的磁動(dòng)勢，特別是兩相對稱(chēng)正交繞組，也可以達到同樣的效果，且兩相為相互垂直的獨立變量。因此，我們可以將三相電機的模型設想成兩相電機模型。以產(chǎn)生和三相電機同樣的圓形磁場(chǎng)為準則，兩相在空間上互差 90°，一個(gè)負責轉矩的控制，一個(gè)負責勵磁的控制，他們之間互不影響。 

三相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)和力矩同兩相正交繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(shí)針旋轉，形成同樣的旋轉磁場(chǎng)。這就是常說(shuō)的三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系的變換。

再進(jìn)一步，我們假定有一個(gè)兩相正交的對稱(chēng)繞組，分別通以直流電流 Id 、Iq,他們產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢和兩相靜止坐標系及三相靜止坐標系完全相等，且兩相正交繞組以磁場(chǎng)同樣的角速度旋轉，那么 d、q 旋轉坐標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坐標系的變換。

因此，三相靜止坐標系下的 Ia 、Ib 、Ic 完全可以等效為兩相旋轉坐標系下的 Id 、Iq。

得到 Id 、Iq 之后，三相電機的多變量、強耦合、非線(xiàn)性的系統控制將直接變成兩個(gè)相互獨立的直流分量的控制，解耦了復雜的三相電機多變量關(guān)系，使系統控制變得簡(jiǎn)單。下圖為整個(gè)矢量變換的動(dòng)圖過(guò)程：

可見(jiàn)，最后得到的是兩個(gè)獨立的直流分量，這便是矢量控制的通俗理解。