直流电动机和异步电动机的转矩模型

    电动机调速的任务是控制转速，而转速变化是通过转矩来实现的。转矩与转速的关系表达式为Td-TL=，式中J为转动惯量。由此可见，除转矩外，再没有其他控制量可以影响转速，调速的关键是转矩控制。为此，必须弄清直流电动机和异步电动机产生转矩的物理模型。

    图3-11所示为描绘直流电动机产生转矩的物理模型。根据左手定则，电动机产生的电磁力大小为

   F=ΦIasinθ    (3-5)

    直流电动机因电刷和换向器的特殊功能保证了Φ和Ia的正交关系，故可近似认为θ=90°不变，则转矩T=CmΦIa，T和Φ（由励磁电流If确定）、Ia（由电枢电流确定并与负载大小有关）成比例；同时，还可互不干涉地对Φ、Ia进行控制。例如，让Φ不变，则转矩T仅和电枢电流成正比。控制过中，转矩能迅速响应电流的变化，转矩的控制和调节十分方便。

    异步电动机与直流电动机转矩产生原理有很大区别，异步电动机的励磁是由三相旋转磁场产生的，它不能像直流电动机一样，固定Φ与Ia的夹角(90°)。此外，Φ的大小虽可用霍尔传感器从气隙中直接测出，但影响Φ大小的励磁电流im难于直接检测和控制。异步电动机可供检测的定子电流i1混交着im和it两种成分，必须将二者分离才能有效进行转矩控制。

    图3-11    直流电动机产生转矩的物理模型

    图3-12    异步电动机产生转矩的物理模型

    图3-12为模拟直流电动机绘制的异步电动机产生转矩的物理模型。图中，把三相旋转磁场用一个励磁电流为im的旋转电磁铁代替。这样，由im产生的磁通Φ的方向和处于位置α1的定子线圈电流i1的方向刚好正交为90°，从而和直流电动机一样的产生转矩。当转子转动后，定子线圈达到新的位置α2，由于Φ也在旋转，it和Φ仍保持90°夹角，从而产生新的转矩使转子连续转动。因此，要使异步电动机与直流电动机一样产生转矩并易于控制，就必须做到如下几点。

   (1)应设法将定子电流i1按矢量变换分解为im和it。

   (2)转矩电流it与Φ矢量的夹角始终保持90°。

   (3)Φ（或励磁电流im）应为恒值或可以控制。

    现将两种模型中各个方程列表比较，如表3-1所示。

    表3-1    直流电动机和异步电动机产生转矩物理模型的比较