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1.4 直接转矩控制的特点及发展现状 4
1.4.1 直接转矩控制系统的主要特点 .. 4
1.4.2 直接转矩控制的发展现状 . 5
1.5 问题的提出与解决途径 .. 5
2 直接转矩控制的基本原理 .. 7
2.1 异步电动机的数学模型 . 7
2.1.1 异步电动机三相动态模型 . 7
2.1.2 静止两相正交坐标系中的动态数学模型 . 8
2.1.3 状态变量的选取 .. 9
2.2 直接转矩控制的原理结构图 10
2.2.1 直接转矩控制的原理结构图 . 10
3 三相异步电动机直接转矩控制系统的建模 .. 12
3.1 系统仿真环境 12
3.2 三相异步电机直接转矩控制系统的建模 . 13
3.2.1 三相 -- 两相变换（ 3/2 变换）的仿真实现 .. 13
3.2.2 定子磁链计算的仿真模型 .. 16
3.2.3 转矩计算的仿真模型 . 17
3.2.4 磁链、转矩控制模型 . 18
3.2.5 磁链幅值计算与区域判定模型 18
3.2.6 空间矢量选择单元的仿真模型 20
3.2.7 逆变器开关状态选择的仿真模型 .. 26
4 系统仿真结果及分析 .. 28
4.1 系统参数设定 28
4.2 仿真波形分析 28
4.2.1 电机空载启动 . 28
4.2.2 电机轻载启动 . 29
4.2.3 电机过载能力测定 .. 31
4.2.4 突加负载 31
4.2.5 突减负载 32
5 结论与展望 34
致谢 . 35
参考文献 . 361
1 绪论
1.1 电机调速系统的发展
电动机作为把电能转换为机械能的主要设备 ， 在工农业生产 、 国防 、 科技及社会生活
等各个领域发挥着重要的作用 。 根据采用电流制式不同 ， 电动机分为直流电动机和交流电
动机两大类 。 历史上最早出现的是直流电动机 ， 长期以来 ， 在高性能调速领域大多数采用
的是磁场电流和电枢电流可以独立控制的直流电动机调速系统 ， 它的调速性能和转矩控制
特性比较理想 ， 可以获得良好的动态响应 ， 然而由于直流电动机存在换向的问题 ， 导致其
应用范围受到了限制 。 而交流电动机以其结构简单 、 制造方便 、 运行可靠 ， 可以以更高的
转速运转 、 可用于恶劣环境等优点得到了广泛的应用 ， 但是交流电动机是一个高阶 、 非线
性 、 强耦合的多变量复杂系统 ， 要实现对其调速比较困难 。 从 20 实际 30 年代开始 ， 人们
就致力于交流调速技术的研究 ， 进而进展缓慢 ， 在相当长的时间内 ， 直流调速一直以性能
优良而领先于交流调速 。 20 实际 60 年代以后 ， 特别是 20 实际 70 年代以来 ， 现代电子技
术 （ 包括大规模集成电路技术 、 电力电机技术和计算机技术 ） 的飞速发展 、 电动机控制理
论的不断完善以及计算机仿真技术的应用，极大地推动了交流电动机调速技术的发展 ， 其
中发展最快的是变频调速技术 ， 其调速系统的性能指标已可与直流调速系统想媲美 。 目前 ，
交流调速逐步代替直流调速的时代已经到来了。
1.2 电力电子元器件的发展
交流调速的重大变革是以电力电子元器件的发展为先导的 。 电力半导体元器件是以美
国 1956 年生产硅整流管 （ SR ） 、 1958 年生产晶闸管 （ SCR ） 开始逐渐发展起来的 。 经过 了
40 多年的发展，在元器件制造技术上不断提高。已经经历了以晶闸管为代表的分立元器
件 ， 以可关断晶闸管 （ GTO) 、 巨型晶体管 （ GTR ） 、 功率 MOSFET 、 绝缘栅双极型晶体管 （ IGBT ）
为代表的功率集成元器件 （ PID ） ， 以智能化功率集成电路 （ SPIC ） 、 高压功率集成电路 （ HVIC ）
为代表的功率集成电路（ PIC ）三个发展时期。从晶闸管靠换相电流过零关断的半控元器
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