异步电动机的直接转矩控制系统.docx

异步电动机直接转矩控制系统

直接转矩控制简介

直接转矩控制（DirectTorqueControl—DTC），国外的原文有的也称为Directself-control—DSC，直译为直接自控制，这种“直接自控制”的思想以转矩为中心来进行综合控制，不仅控制转矩，也用于磁链量的控制和磁链自控制。直接转矩控制与矢量控制的区别是，它不是通过控制电流、磁链等量间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量控制，其实质是用空间矢量的分析方法，以定子磁场定向方式，对定子磁链和电磁转矩进行直接控制的。这种方法不需要复杂的坐标变换，而是直接在电机定子坐标上计算磁链的模和转矩的大小，并通过磁链和转矩的直接跟踪实现PWM脉宽调制和系统的高动态性能。直接转矩控制系统的主要特点有：

直接转矩控制是直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。

直接转矩控制的磁场定向采用的是定子磁链轴，只要知道定子电阻就可以把它观测出来。

直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模型和控制各物理量，使问题变得简单明了。

直接转矩控制强调的是转矩的直接控制效果。

直接转矩控制技术用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节（Band-Band）产生PWM波信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它省去了复杂的矢量变换与电动机的数学模型简化处理，没有通常的PWM信号发生器。它的控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信号处理的物理概念明确。

为了让读者更好的理解直接转矩控制，在正式介绍三相异步电机的直接转矩控制系统前，先从直接转矩控制的基本物理概念讲起。

直接转矩控制的基本物理概念

直接转矩控制中磁通和转矩的测量

在几种用于控制感应电机的方法中，直接转矩控制（DTC）占有很重要的地位。DTC将转矩和定子磁通分别控制在两个滞环内，这就意味着转矩和磁通各自被限制在最大值和最小值的范围内。

图23.61（a）三相感应电机的单相等效电路图；（b）定子电压和电流的相量图

在解释DTC技术前，先要搞清楚磁通和转矩将如何测量。图23.61a所示的电路为一个三相感应电机的单相等效电路，该等效电路接了一个正弦交流电源。由图23.61a可见定子

电阻r

1

、定子漏磁通?

1

、气隙磁通?、转子漏磁通?

2

r

、电阻2s

r

，其中电阻2s

吸收了

传输到转子的有功功率P

r

推广到三相，转矩T

M

。定子全磁通?

S

可以表达为

等于?

1

和?之和，也就是?

S

????。

1

9.55P

nT ? r?3 （13.9）

n

M

s

在点4和点N之间吸收的有功功率P

r

?E I。P

4N2 r

和流入定子点2和点N的有功功率

相等，这是因为无功元件x、x

1 m

、x并不消耗有功功率。因此可得

2

P?E I

r 2N1

cos?

s

（23.6）

其中：P

r

为提供给转子的有功功率（W）；E

2N

为定子全磁通?

S

感应电压（V）；I为

1

定子电流（A）；?为E 与I的相位差。

s 2N 1

E 不可测量，但是可以通过测量E 然后减去Ir得到。? 的大小正比于E 的大

2N 1N 11 S 2N

小，?

S

滞后E

2N

90°。图23.61b所示的相量图表示了定子电流、定子电压以及定子电阻r两

1

端电压三者之间的关系。当知道E ，I以及?时，根据式13.9和式23.6可以计算出转矩。

2N 1 s

知道E

2N

便可以得到?

S

。在接下来的内容中，将忽略定子电阻r。

1

通过滞环来控制磁通和转矩

图23.62为感应电机供电的三相机械变流器

图23.62所示，一个三相感应电机由机械变流器供电。该机械变流器由三个双刀开关组成，可以提供六个开关状态。变流器连接到一个直流电压源Ed。开关的闭合和断开按照一

个特殊的程序来执行。和PWM技术不同的是，这个开关频率不是固定，而是根据转矩T 和

M

定子磁通? 的瞬时值决定的。

S

期望的? 可以是上限? 和下限? 之间的任意值。带宽越窄，磁通控制越准确。这

S A B

种控制方法常被称作砰砰控制或滞环控制。当磁通下降到? 时，一个逻辑信号去切换变流

B

器的开关状态以增大磁通。同样地，当磁通上升到? 时，一个逻辑信号去切换变流器的开

A

关状态以减小磁通。假设转矩为期望值，当? 在滞环宽度内，开关状态不变。按照上述方

S

法，?

S

将在? 和?

A B

之间不