感應電動機直接轉矩控制中電壓狀態選擇

1　引言

　　直接轉矩控制技術是80年代中期提出的一種重要的交流調速理論，自提出以來得到了廣泛的關注[3]。它具有原理簡單，使用傳感器較少，系統對電機參數的依賴性弱，動態響應快等特點。隨著DSP技術的發展，直接轉矩控制技術得到了更廣泛的應用。

　　直接轉矩控制不同于一般的控制方法，它根據電機的運行狀態，按照一定的策略選擇逆變器的開關狀態，輸出相應的電壓空間矢量，把轉矩、磁鏈限制在給定的容差內，從而實現轉矩直接、快速地控制。選擇逆變器狀態最常用的方法是利用狀態選擇表，即根據電機狀態，查表得到逆變器應輸出的電壓。
　　
　　本文針對直接轉矩控制中，當區段切換時定子磁鏈幅值變化較大導致電機轉矩脈動增大、諧波電流增加的現象，提出了一種區段細分的策略，較好地解決了這個問題。


2　直接轉矩控制基本原理

　　直接轉矩控制是建立在定子磁鏈定向的基礎上的，為了控制定子磁鏈，必須合理的選擇逆變器電壓狀態。三相異步電機控制中通常采用三相兩點式電壓型逆變器（圖1-a），它的每一相有兩個開關，一次只能接通一個開關，這樣逆變器就有6種非零狀態，2種零狀態。引入PARK變換，將三個標量Ua，Ub，Uc合成為α-β平面的矢量U1，U2…U6（圖1-b），相應的把α-β平面分為6個區段，每個區段60o[1]。

　　直接轉矩控制系統中感應電動機定子磁鏈表示為：

　　式中—定子電阻
　　—定子電壓、電流、磁鏈矢量
忽略定子電阻壓降，在短時間內磁鏈增量，即的大小和成正比，方向和矢量方向一致。
　　電動機輸出轉矩：

　　　　　 (2)
　　式中—定轉子磁鏈夾角

　　直接轉矩控制技術以電動機理想磁鏈圓（圖2虛線圓）為基準，用逆變器的不同電壓狀態所產生的實際磁鏈追蹤基準磁鏈。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

鏈旋轉速度，徑向分量改變磁鏈幅值。在圖2中設Ψs位于六個區段中的2區,選擇U3徑向分量能增大磁鏈Ψs，切向分量增大ΨS的旋轉速度，而轉子磁鏈轉速近似不變，這樣定轉子磁鏈的夾角變大，電機輸出轉矩變大。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的旋轉速度，增大了電機的輸出轉矩。在其它區段非零電壓狀態對電機的影響的分析方法與此相同。對于零狀態，它對磁鏈的大小和旋轉速度沒有作用，而轉子磁鏈繼續旋轉，定轉子磁鏈夾角變小，電機輸出轉矩變小。可見合理的選擇電壓狀態，就能控制電機的磁鏈和轉矩。逆變器電壓狀態選擇可以通過狀態選擇表來實現，狀態選擇表概念比較簡單,實現起來也比較容易。

表中K表示Ψs位于第K區段，UK表示逆變器應輸出UK電壓矢量；σT=1表示電機轉矩應該增大, σT=0表示應該減小轉矩；σΨ=1表示應增大電機定子磁鏈，若σΨ=-1，則應減小磁鏈。信號σΨ、σT一般通過滯環調節器來實現[1]。


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