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关于异步电机直接转矩控制系统研究

文章出处:新京葡娱乐场388官网 人气: 发表时间:2015-10-29
近年来随着电机控制技术的发展,以定子磁链为控制对象的电机直接转矩控制技术正受到人们的广泛重视。直接转矩控制(DTC)的基本思想就是同时控制电机的定子磁链和电磁转矩。与普通的矢量控制不同,在直接转矩控制闭环中没有电流环。由于直接转矩控制不像矢量控制那样需要进行旋转3/2变换,所以与矢量控制相比大大地简化了控制算法。对于一般的直接转矩控制而言,其逆变器开关状态的选择是通过查开关表得到的,因此它不需要进行脉宽调制也能保证转矩的快速响应,同时也能很简便地得到各相输出电压。而且对于直接转矩控制而言,在高速运行段,除了电机的定子电阻外并不需要知道电机的其它参数,所以直接转矩控制对电机参数的依赖度要比矢量控制低。

本文讨论了异步电机直接转矩控制系统,就所遇到的几个问题提出了相应的解决方法。

直接转矩控制原理在静止两相坐标系下(其直轴a轴在定子A相轴线上)异步电机的定子磁链和电磁转矩的计算式究方向为电力电子与电力传动。

如下:us,is定子电压、定子电流S,Rr定子、转子电阻S,wr――定子磁链和转子磁链r,Lm定子、转子自感和互感―漏感系数,= ur电机转速Tr电机转子时间常数,Tr=由式(2)可见定子磁链和转子磁链之间有一个惯性环节,这就使得定子磁链发生变化时转子磁链矢量基本上保持不变。只要改变定子磁链矢量的空间位置就可以很容易地改变定、转子磁链之间的夹角S,根据式(4)可以看出电机的电磁转矩也很容易被改变。由式(1)可以看出,若忽略定子电阻的压降则定子磁链是朝着电压矢量的方向运动。因此,通过合理地控制定子电压矢量不仅可以控制定子磁链幅值的大小,而且可以控制定子、转子磁链的夹角进而直接对转矩进行控制而不需要像在矢量控制中那样通过控制定子电流来对转矩进行间接控制。

直接转矩控制系统构成直接转矩控制异步电机调速系统原理图如所示。将检测出的电机转速n与给定值n*比较,经PID调节器生成转矩指令信号Te*.直流母线电压Udc和相电流ia,ib被检测出来后经过静止3/2变换得到两相静止坐标系下的直轴分量和交轴分量即ua,ia和u(3,ie.其定子磁链和电磁转矩分别由式(1)、式(3)得到,定子磁链的位置角则由式(5)得到。所得到的定子磁链和转矩的估计值与相应的给定值经滞环HCi,HC2比较后输出相应的逻辑信号连同定子磁链位置角一起输出给开关表以决定相应桥臂上的开关器件的开关状态。

对于以定子磁链为控制对象的直接转矩控制系统而言,定子磁链计算的正确与否直接关系到系统的性能好坏。而对于式(1)所示的计算公式而言,由于其对直流偏量的增益很大,所以对积分信号中的直流分量十分敏感。在实际系统中很容易由于直流偏量的影响而达到积分饱和从而失去作用,因而在实际系统中式(1)改变如下:截止频率q:不能取得太少,否则对直流偏量的抑制效果太弱,而太大则会引起太多的相位偏差和幅值偏差,一般取为50~ 70rad/s.这样在频率较高时两者所造成的相移差别不大。但在低速时由于相位误差较大所以对定子磁链的估算不准。

为了解决低速下定子磁链的计算问题,本系统中采用了一种磁链模型切换的方法,即高速时采用式(6)所示的定子磁链U"/模型,而在低速时采用如式(7)所示的定子磁链/-N模型直接转矩控制中的模型切换。
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