感應電動機直接轉矩控制中電壓狀態(tài)選擇
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
電機運行時，電流若為對稱正弦波，則磁鏈軌跡為圓形，這時電機工作特性最理想。采用傳統(tǒng)狀態(tài)選擇表實現(xiàn)逆變器電壓狀態(tài)選擇，其磁鏈仿真結果如圖3所示，可以看出傳統(tǒng)狀態(tài)選擇策略的不足，電機電流和磁鏈的變形嚴重，增加了電機的電流諧波分量、噪聲和轉矩脈通過分析我
們發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象產生的原因在于當定子磁鏈從一個區(qū)段進入另一個時（例如從1區(qū)進入2區(qū)），缺少能有效改變磁鏈幅值的電壓矢量 [4]。圖2有助于我們理解這種情況，外圓為給定磁鏈的上限，內圓為下限。在區(qū)段2為了增大磁鏈，增大轉矩，按照表1應選擇U3，但U3的方向與圓在AB之間的切線方向基本一致，其徑向分量近似為0，對磁鏈幅值的影響較弱，磁鏈幅值變化緩慢，磁鏈軌跡變形較大，電流也發(fā)生畸變。圖3-b中磁通在某些點低于給定的下限，原因在于定子電阻壓降的影響。若選擇零矢量則
本文提出了一種區(qū)段細分方法，并不增加系統(tǒng)的復雜性，卻較好的解決磁鏈幅值降低的問題。這種方法的主導思想就是當區(qū)段發(fā)生變化時，選擇一可以有效改變磁鏈的電壓狀態(tài)。分析圖2（設電機逆時針旋轉）我們發(fā)現(xiàn)當磁鏈位于2區(qū)段的不同位置時，相同的電壓狀態(tài)對電機磁鏈和轉矩的影響是不同的。從A到B，U2的徑向分量逐漸增大，增強磁鏈的能力逐漸增強，而切向分量逐漸減小，增強轉矩的能力逐漸減小到零（B點）；從B到C徑向分量逐漸減小，增強磁鏈的能力逐漸減小，但仍然很強，切向分量從0逐漸增大，且與電機旋轉方向相反，可以使電機輸出轉矩逐漸減小；從A到C，U3的徑向分量逐漸增大，增大磁鏈的能力逐漸增強，切向分量減小，增大轉矩的能力逐漸減弱，但仍然能較大地增大轉矩。
通過以上分析，我們發(fā)現(xiàn)雖然AB、BC在同一個區(qū)段內，但電壓的控制效果不同，應該分別對待。在其它區(qū)段結論因此一致。可見在同一個區(qū)段選擇不同的電壓，可以有效地改善電機的運行狀態(tài)，為此我們改進了狀態(tài)選擇表，提出了一種區(qū)段細分原則，如表2。
表中“上”為進入K區(qū)段后0o-30o區(qū)域，“下”為進入K區(qū)段后30o-60o區(qū)域，其它含義如表1。以這種策略選擇電壓狀態(tài)，克服了傳統(tǒng)的方法存在的電壓無效區(qū)域，減小了磁鏈的諧波和畸變，具有較好的控制效果，實現(xiàn)起來也非常簡單。
4 仿真結果
電機模型是控制系統(tǒng)重要的組成部分，本文采用α-β坐標系下的電動機模型：
仿真環(huán)境為matlab下的simulink，圖3是采用傳統(tǒng)選擇表的磁鏈仿真結果，圖4是采用新的選擇表后的仿真結果。我們把圖3和圖4進行比較，就會清楚的看出磁鏈幅值下降的問題得到了較好的解決，磁鏈軌跡近似圓。從圖5和圖6中可以看出新方法在電流方面的改善作用，定子電流近似正弦，諧波分量明顯減小。
5 結論
本文在分析傳統(tǒng)狀態(tài)選擇表的基礎上，提出了一種區(qū)段細分策略，可以有效地降低直接轉矩控制系統(tǒng)中磁鏈和電流的諧波分量，提高電機運行性能，通過仿真證明了其有效性。在這種方法中，變頻器的開關頻率與傳統(tǒng)狀態(tài)選擇一樣仍是變化的、較高的，這對系統(tǒng)的采樣時間和逆變器提出了較高的要求，這一點還需加以改進。
參考文獻：
1．李夙，異步電動機直接轉矩控制，機械工業(yè)出版社
2．陳伯時，電力拖動自動化控制系統(tǒng)，機械工業(yè)出版社
3．I.Takahashi and T.Noguchi，A new quick- response and high-efficiency control strategy of an induction motor，IEEE Trans.Ind.Applicat.1986
4．CG Mei，Direct Torque Control of Induction Motor-Variable Switching Sectors，IEEE 1999 International Conference on Power Electronics and Drive System
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