在電機(jī)的運(yùn)行中，是由電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子磁場同步旋轉(zhuǎn)，建立的一個具有同步旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，這個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就是常說的d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。在該旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上，所有電信號都可以描述為常數(shù)。為了方便電機(jī)矢量控制問題的研究，能否由儀器直接得到d-q變換的結(jié)果呢？
d-q變換是一種解耦控制方法，它將異步電動機(jī)的三相繞組變換為等價的二相繞組，并且把旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換成正交的靜止坐標(biāo)，即可得到用直流量表示電壓及電流的關(guān)系式。d-q變換使得各個控制量可以分別控制，可以消除諧波電壓和不對稱電壓的影響，由于應(yīng)用了同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，容易實現(xiàn)基波與諧波的分離。
由于直流電機(jī)的主磁通基本上唯一地由勵磁繞組的勵磁電流決定，所以這是直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其控制系統(tǒng)比較簡單的根本原因。
如果能將交流電機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電機(jī)的模式，分析和控制就可以大大簡化。坐標(biāo)變換正是按照這條思路進(jìn)行的。
交流電機(jī)三相對稱的靜止繞組a、b、c，通以三相平衡的正弦電流時，產(chǎn)生的合成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢f，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速ws（即電流的角頻率）順著a-b-c的相序旋轉(zhuǎn)。這樣的物理模型繪于下圖中。
旋轉(zhuǎn)磁動勢并不一定非要三相不可，除單相以外，二相、三相、四相、……等任意對稱的多相繞組，通以平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，當(dāng)然以兩相最為簡單。圖2中繪出了兩相靜止繞組a和b它們在空間互差90°，通以時間上互差90°的兩相平衡交流電流，也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢f。
當(dāng)圖1和2的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢大小和轉(zhuǎn)速都相等時，即認(rèn)為圖2的兩相繞組與圖1的三相繞組等效。圖3兩個匝數(shù)相等且互相垂直的繞組d和q，其中分別通以直流電流id和iq，產(chǎn)生合成磁動勢f，其位置相對于繞組來說是固定的。如果讓包含兩個繞組在內(nèi)的整個鐵心以同步 轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則磁動勢f自然也隨之旋轉(zhuǎn)起來，成為旋轉(zhuǎn)磁動勢。把這個旋轉(zhuǎn)磁動勢的大小和轉(zhuǎn)速也控制成與圖1和圖2中的磁動勢一樣，那么這套旋轉(zhuǎn)的直流繞組也就和前面兩套固定的交流繞組都等效了。
圖3 旋轉(zhuǎn)的直流繞組
由此可見，以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準(zhǔn)則，圖1的三相交流繞組、圖2的兩相交流繞組和圖3中整體旋轉(zhuǎn)的直流繞組彼此等效。或者說，在三相坐標(biāo)系下的ia、ib、ic，在兩相坐標(biāo)系下的ia、ib和在旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系下的直流id、iq是等效的，它們能產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動勢。
d-q坐標(biāo)變換的應(yīng)用
電機(jī)坐標(biāo)變換理論在電氣工程領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，不但在電機(jī)控制及瞬態(tài)分析方面被廣泛應(yīng)用，而且在電力系統(tǒng)故障分析以及電網(wǎng)電能質(zhì)量的檢測與控制等領(lǐng)域也被采用，電機(jī)坐標(biāo)變換理論的應(yīng)用主要有以下幾方面。
1、電機(jī)控制
2、電機(jī)的瞬態(tài)運(yùn)行分析
3、電機(jī)的故障診斷
測試方法
d-q變換在電機(jī)測試中的應(yīng)用非常廣泛。只要能準(zhǔn)確得到轉(zhuǎn)子位置和準(zhǔn)確測量三相信號的電流，使用高速的fpga并行實現(xiàn)實時的算法運(yùn)算，通過clark變換將相對定子靜止的三相坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為相對定子靜止的兩相坐標(biāo)系，得出對應(yīng)的變換輸出iα和iβ，然后使用park變換，將相對定子靜止的兩相坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為相對轉(zhuǎn)子靜止的兩相坐標(biāo)系從而算出id和iq。電機(jī)控制過程是反變換過程，首先設(shè)定勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，然后變換到相對定子靜止的兩相，然后變換到相對定子靜止的三相，從而實現(xiàn)對電機(jī)的控制。
目前zlg致遠(yuǎn)電子正計劃在功率分析儀中實現(xiàn)此d-q變換功能，可以為電機(jī)控制提供參考，電機(jī)控制過程可以通過對比設(shè)定的值和功率分析儀測試的結(jié)果進(jìn)行電機(jī)控制的研發(fā)設(shè)計，故障排查，算法優(yōu)化等。