举出交流调速系统中三种矢量控制方法并说明它们的各自应用场合

矢量控制系统是高性能异步电机调速系统,类比于直流电机,强调Te与Ψ2的解耦,采用转矩和磁链分别控制。但按转子磁链Ψ2定向时受电机转子参数影响,降低了系统的鲁棒性,并且只有实现Te与Ψ2的完全解耦,才能做到真正意义上的高性能质量的矢量控制,矢量控制方法的最初起源是基于对直流电机调速方法高质量性能的依赖及透析其拥有高质量性能调速效果的本质,从而实现了感应电机的具有与直流电机同样好的调速效果。由电机学已知,三相笼型异步电动机定子三相绕组中的三相电压和电流均为交流,其角频率ω=2πf,决定于变频器输出的频率f;三相(等效为三相)的转子绕组,其端电压为零,转子电流也是交变的,其角频率为转差角频率ωs=2πfs(f为转差频率)。理论上可以证明,从磁11s1场等效的角度,可将三相异步电动机以一个两相的异步电动机等效它。

交流调速系统主要沿着下述三个方向发展和应用阱。
I．一般性能的节能调速
在过去大量的所谓不变速交流传动中，风机、水泵等总容量几乎占工业电气
传动总容量的一半，其中有不少场合并不是不需要调速，只是因为过去交流电机
本身不能调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，许多电能因而
白白地被浪费掉了。如果换成交流调速系统，把消耗在挡板和阀门上的能量节省
下来，将可以节约很多能源。
2．高性能交流调速系统
许多在工艺上就需要调速的生产机械，过去多用直流传动，鉴于交流电机比
直流电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、转动惯量小、效率高，如
果改成交流调速传动，显然能够带来不少的效益。但是，由于交流电机原理上的
原因，其电磁转矩难以像直流电机那样直接通过电流施行灵活的即时控制，
因此交流电动机的使用受到很大限制。上个世纪70年代初提出的矢量控制技术(或称
磁场定向控制技术)，和1985年德国学者Depenbrock提出的直接转矩控制理论，
另外还有解耦控制等方法，形成了一系列在性能上可以和直流调速系统相媲美的
高性能交流调速系统。大大扩展了交流电动机的应用范围。
3．特大容量、极高转速的交流调速
直流电机换向器的换向能力限制了它的容量和转速，其极限容量和转速的乘
积约为lOeKWr／min，超过这一数值时，直流电机的设计和制造就非常困难了。交
流电机则不受这个限制，因此，特大容量的传动和极高转速的传动都以采用交流
调速为宜。
交流电机高效调速方法的典型是变频调速，它既适合于异步电机，也适合于
同步电机，交流电机采用变频调速可以根据负载的特性不同，通过适当调节电压
和频率之间的关系，使电机始终运行在高效区，并保证良好的动态特性。交流变
频调速系统在调速时和直流电机变压调速系统相似，机械特性基本上平行上下移
动。同时交流电机采用变频起动更能显著改善交流电机的起动性能，大幅度降低
电机的起动电流，增加起动转矩，所以变频调速是一种理想的交流调速方法。也
是交流调速传动各种方式中应用最多的一种方式。
制约交流调速发展的重要原因口1是，交流电机是高阶、多变量、强耦合非线
性系统，与直流电机相比，转矩难于控制。如果从电机的统一理论出发，能找到
异步电机和直流电机电磁转矩之间的共同基础和内在关系，就可以模拟直流电动
机来控制异步电机了。首先在这方面取得突破的是德国。德国学者在1971年首
先提出了磁场定向控制H1(即后来的矢量控制)，解决了交流电机解耦与转矩控制
问题。随着电力电子技术的发展，新型电力电子器件不断涌现，微处理器的进步
以及现代控制理论的不断创新，矢量控制技术逐渐成熟，并得到实用。