MATLAB基于直接转矩的异步电机调速系统仿真(3)
件发展到 PID 、 PIC 通过门极或栅极控制脉冲可实现元器件导通与关断的全控元器件。在
元器件的控制模式上 ， 从电流型控制模式发展到电压型控制模式 ， 不仅大大降低了门极 （ 栅
极 ） 的控制功率 ， 而且大大提高了元器件导通与关断的转换速度 ， 从而使元器件的工作频
率从工频、中频到高频不断提高。 GTR 目前的额定值已达到 1800V/800A/2kHz 、
1400V/600A/5kHz 、 600V/3A/100kHz 。 IGBT 的频率一般不会超过 100kHz ，但高频性能 比
GTR 好。
在元器件结构上，从分立元器件发展到由分立元器件组合成功率变换电路的初级模
块 ， 继而发展到将功率变换电路与触发控制电路 、 缓冲电路 、 检测电路等组合在一起的复
杂模块 。 近年来 ， 功率元器件的发展更趋于智能化和集成化 ， 集驱动 、 保护 、 逻辑等单元为一体的只能功率模块（ IPM ）已经得到了广泛的应用。可以说，这些新型电力电子器件
的发展给高性能交流调速技术的发展奠定了坚实的基础。
1.3 交流调速控制技术的发展
交流传动系统在今天有如此大的进步 ， 主要是由于电力电子学 、 微电子学和控制理论
的飞速发展，尤其是现代控制策略的成功应用。具有代表性的交流电动机的控制策略有 ：
转速开环恒压频比控制、转差频率控制、磁场定向控制（矢量控制 ） 、直接转矩控制、自
适应控制与智能控制等 。 此外 ， 无速度传感器的交流传动控制技术已经成为近年来研究的
热点 。 这些控制策略各有优缺点 ， 在实际应用中需根据具体要求恰当选择 ， 以便达到最佳
控制效果。下面对各个控制策略分别进行简要的介绍。
1.3.1 恒压频比控制与转差频率控制
要使电动机的转速得到快速响应 ， 必须有效地控制转矩 。 开环恒压频比控制根据异步
电机等效电路确定的 U/f= const 进行变频调速。其优点是控制线路结构简单、成本较低 ，
但其缺点是只能调节电动机的稳态磁通和转矩 ， 而不能进行动态控制 ； 控制曲线会随负载
的变化而变化 ， 转矩响应慢 、 电动机转矩利用率不高 ， 转速开环动静态性能不佳 ， 仅适用
于对调速性能要求不高的节能控制等场合。
转差频率控制采用了转速闭环结构，它将检测到的转速信号与按照电动机稳态数学
模型得出的转差频率给定信号相加 ， 其输出作为逆变器的输出频率 。 它的加减速过程比转
速开环的恒压频比控制系统更为平滑 ， 系统也更容易稳定 ， 但是 ， 它是基于电动机稳态数
学模型推出的一种控制方案 ， 动态过程中的参数无法控制 。 所以动静态性能难以达到直流
双闭环调速系统的水平。
1.3.2 矢量控制
20 世纪 70 年代出现的矢量控制技术是交流传动控制理论上一个质的飞跃 。 其实质是
根据交流电动机的动态数学模型 、 利用坐标变换的手段 ， 将交流电动机的定子电流分解成
磁场分量电流和转矩分量电流 。 并分别加以控制 ， 即模仿自然解耦的直流电动机的控制方
式 ， 以获得类似于直流调速系统的动态性能 。 在矢量控制方式中 ， 磁场电流和转矩电流可
以根据可测的电动机定子电压 、 电流的实际值计算出来 。 磁场电流和转矩电流再与相应设
定值相比较并根据需要进行必要的校正 ， 高性能速度调节器的输出信号可以作为转矩电流
的设定值 。 该方法的优点是 ： 实现了电动机磁通和转矩的解耦控制 ， 使交流传动系统的动
态性能得到了显著的改善 。 缺点是矢量控制系统对电动机的参数依赖性很大 ， 即使精确地