交流傳動(dòng)電力機(jī)車直接轉(zhuǎn)矩控制策略實(shí)現(xiàn)

摘要：直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)是目前應(yīng)用于交流傳動(dòng)電力機(jī)車異步牽引電機(jī)的控制策略。在此詳細(xì)介紹了異步牽引電機(jī)在機(jī)車基速范圍內(nèi)，DTC的實(shí)現(xiàn)方式，通過Matlab／Simulink搭建了仿真模型，最后在基于TMS320VC33+TMS320LF2407A的雙DSP控制器逆變器實(shí)驗(yàn)平臺上完成了硬件實(shí)驗(yàn)，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了控制策略的正確性。
關(guān)鍵詞：異步電機(jī)；直接轉(zhuǎn)矩控制；磁鏈軌跡；控制器

1 引言
對交流傳動(dòng)電力機(jī)車這類變流器開關(guān)頻率較低而關(guān)斷電流較大的交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)而言，無論是使用矢量控制還是DTC策略，當(dāng)它與空間矢量調(diào)制(SVPWM)策略結(jié)合時(shí)，在整個(gè)調(diào)速區(qū)段，定子磁鏈軌跡不可能一直保持為準(zhǔn)圓形，都會從一定速度開始由異步調(diào)制向同步調(diào)制過渡，
以及在某個(gè)速度段內(nèi)不同載波比的分段同步調(diào)制的過渡。異步調(diào)制利用較高的開關(guān)頻率使定子磁鏈最大限度地逼近圓形，從而減少低速運(yùn)行時(shí)定子電流畸變問題，分段同步調(diào)制使定子磁鏈軌跡轉(zhuǎn)為多邊形，降低了電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)逆變器開關(guān)頻率和開關(guān)損耗，但分段同步調(diào)制算法較復(fù)雜。這里提出了一種適用于電力牽引的DTC方案，它由異步牽引電機(jī)低速運(yùn)行的新型空間矢量異步調(diào)制DTC和高速運(yùn)行時(shí)直接自控制(DSC)方式組成，通過速度閾值切換兩套策略，完成了對異步牽引電機(jī)的閉環(huán)控制，仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案有效。

2 牽引電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制實(shí)現(xiàn)
2．1 低速異步空間矢量調(diào)制直接轉(zhuǎn)矩控制
電力機(jī)車在低速區(qū)段使用新型基于SVPWM的DTC技術(shù)，如圖1所示。

圖1首先利用觀測器估算(k-1)時(shí)刻靜止α，β坐標(biāo)系下定子磁鏈幅值|ψs|及其α，β軸上的分量ψsα和ψsβ，以及此時(shí)轉(zhuǎn)矩Te，對轉(zhuǎn)矩和磁鏈分別進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，那么轉(zhuǎn)矩PI將調(diào)節(jié)出轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)增量△Xd，磁鏈PI將調(diào)節(jié)出磁鏈動(dòng)態(tài)增量kψ，最后可得在此控制周期Ts結(jié)束時(shí)，希望定子磁鏈所在位置θref為當(dāng)前磁通角度θ加上穩(wěn)定運(yùn)行掃過角度△Xσ以及△Xd，即：θref=θ+△Xσ+△Xd。
對于定子磁鏈幅值，設(shè)當(dāng)前量為|ψs|，因此希望在Ts結(jié)束時(shí)，定子磁鏈幅值為|ψs|(1+kψ)，最后可確定預(yù)測的那么在Ts內(nèi)定子磁鏈的增量△ψs=ψsref-ψs(k-1)。假如Ts足夠短，可認(rèn)為有：包含了下一時(shí)刻所希望得到的轉(zhuǎn)矩值與|ψs|信息，將進(jìn)行空間矢量異步調(diào)制就可得到牽引逆變器的門極脈沖，從而控制電機(jī)。