感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中電壓狀態(tài)選擇

1　引言

　　直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是80年代中期提出的一種重要的交流調(diào)速理論，自提出以來(lái)得到了廣泛的關(guān)注[3]。它具有原理簡(jiǎn)單，使用傳感器較少，系統(tǒng)對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴性弱，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)。隨著DSP技術(shù)的發(fā)展，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制不同于一般的控制方法，它根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，按照一定的策略選擇逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，輸出相應(yīng)的電壓空間矢量，把轉(zhuǎn)矩、磁鏈限制在給定的容差內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩直接、快速地控制。選擇逆變器狀態(tài)最常用的方法是利用狀態(tài)選擇表，即根據(jù)電機(jī)狀態(tài)，查表得到逆變器應(yīng)輸出的電壓。
　　
　　本文針對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制中，當(dāng)區(qū)段切換時(shí)定子磁鏈幅值變化較大導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大、諧波電流增加的現(xiàn)象，提出了一種區(qū)段細(xì)分的策略，較好地解決了這個(gè)問(wèn)題。


2　直接轉(zhuǎn)矩控制基本原理

　　直接轉(zhuǎn)矩控制是建立在定子磁鏈定向的基礎(chǔ)上的，為了控制定子磁鏈，必須合理的選擇逆變器電壓狀態(tài)。三相異步電機(jī)控制中通常采用三相兩點(diǎn)式電壓型逆變器（圖1-a），它的每一相有兩個(gè)開(kāi)關(guān)，一次只能接通一個(gè)開(kāi)關(guān)，這樣逆變器就有6種非零狀態(tài)，2種零狀態(tài)。引入PARK變換，將三個(gè)標(biāo)量Ua，Ub，Uc合成為α-β平面的矢量U1，U2…U6（圖1-b），相應(yīng)的把α-β平面分為6個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段60o[1]。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子磁鏈表示為：

　　式中—定子電阻
　　—定子電壓、電流、磁鏈?zhǔn)噶?br style="margin-top: 0px; margin-right: 0px; margin-bottom: 0px; margin-left: 0px; padding-top: 0px; padding-right: 0px; padding-bottom: 0px; padding-left: 0px; ">忽略定子電阻壓降，在短時(shí)間內(nèi)磁鏈增量，即的大小和成正比，方向和矢量方向一致。
　　電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩：

　　　　　 (2)
　　式中—定轉(zhuǎn)子磁鏈夾角

　　直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)以電動(dòng)機(jī)理想磁鏈圓（圖2虛線圓）為基準(zhǔn)，用逆變器的不同電壓狀態(tài)所產(chǎn)生的實(shí)際磁鏈追蹤基準(zhǔn)磁鏈。電壓矢量均可分解為圓的切向分量和徑向分量，切向分量改變磁

鏈旋轉(zhuǎn)速度，徑向分量改變磁鏈幅值。在圖2中設(shè)Ψs位于六個(gè)區(qū)段中的2區(qū),選擇U3徑向分量能增大磁鏈Ψs，切向分量增大ΨS的旋轉(zhuǎn)速度，而轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)速近似不變，這樣定轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角變大，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩變大。同理選擇U4其徑向分量減小定子磁鏈幅值，切向分量增大了Ψs的旋轉(zhuǎn)速度，增大了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。在其它區(qū)段非零電壓狀態(tài)對(duì)電機(jī)的影響的分析方法與此相同。對(duì)于零狀態(tài)，它對(duì)磁鏈的大小和旋轉(zhuǎn)速度沒(méi)有作用，而轉(zhuǎn)子磁鏈繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，定轉(zhuǎn)子磁鏈夾角變小，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩變小。可見(jiàn)合理的選擇電壓狀態(tài)，就能控制電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。逆變器電壓狀態(tài)選擇可以通過(guò)狀態(tài)選擇表來(lái)實(shí)現(xiàn)，狀態(tài)選擇表概念比較簡(jiǎn)單,實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較容易。

表中K表示Ψs位于第K區(qū)段，UK表示逆變器應(yīng)輸出UK電壓矢量；σT=1表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩應(yīng)該增大, σT=0表示應(yīng)該減小轉(zhuǎn)矩；σΨ=1表示應(yīng)增大電機(jī)定子磁鏈，若σΨ=-1，則應(yīng)減小磁鏈。信號(hào)σΨ、σT一般通過(guò)滯環(huán)調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)[1]。


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