感应电机间接自控制技术研究

2.2.2 PI调节器的参数设定

系统PI 调节器针对电机的转矩进行控制，一方面希望得到快速的转矩动态响应，另一方面又希望稳态性能较好，所以调节器参数的选取需要进行权衡。本文采用了变参数PI 调节器，参数选取如图4 所示。图中的比例积分系数分别以0.04和2 进行了归一化处理。可以看出当电机的转矩响应处于过渡过程时，比例积分系数较大，使调节器输出较大的给定值，从而加速系统的响应过程，积分系数较大可以使稳态时积分器能够输出较大的给定值;当转矩处于稳态时，比例系数较小，给定值不会过大以免产生振荡，同时积分系数也较小，能够产生比较稳定的给定值。

2.2.3 逆变器的控制方法与开关频率的设定

变频调速系统中的电压型逆变器采用SVPWM调制技术实现脉宽调制的功能[12][13]，具体算法采用文献[13]的方法，在三相正弦调制波中加入一个三倍频的电压分量，然后按照常规的SPWM 算法确定门极开关信号，该算法较为简单。逆变器开关频率的设定值如图5 所示，在25 Hz 以下时为异步调制，开关频率稳定在1 kHz;在25耀40 Hz 时是载波比为27 的同步调制区域，开关频率变化范围在675耀1 080 Hz;在50 Hz 时是载波比为21的同步调制区域，相应的开关频率变化范围在840耀1 050 Hz;在50 Hz 以上时进入方波运行区。

这样的开关频率设定与大功率牵引领域应用场合相符合。

2.3 系统仿真波形图

这里采用速度闭环调节器针对感应电机的速度进行调节。图6 给出了感应电机转矩与转速波形图，可以看出转矩响应是比较快的。值得注意的是在100 r/min 低速时，逆变器工作在开关频率1 kHz 下，转矩的波动仍然很小，传统DTC 技术很难实现这一点[11]。

图7 给出了电机定子磁链矢量相角增量K3的波形图。可以看出，在对应于每一次电机转矩发生较大变化的时候，K3都相应有短暂的剧烈变化，这样就可以迅速改变公式(1)中的角度兹sr，从而产生期望的转矩响应。在低速的时候，电机的转速只有100 r/min，但是采用空间矢量脉宽调制技术可以使得定子磁链矢量在1 ms 的PWM周期内产生图7中的较小的角度增量，所以转矩脉动较小。

图8 给出了对应图6 和图7 的电机的A 相电流波形，图中的电流按照额定电流进行了归一化处理。可以看出低速时[图8(a)、(b)]电流波形正弦度较好，因为此时的调制比较大;高速时，由于开关频率受到限制，调制比较小，电流的谐波会增加一些，如图8(c)所示。

3 结语

本文研究了一种实用的间接自控制方案，它与直接转矩控制技术的原理相类似，但控制系统的结构有些区别。通过PI线性调节器针对定子磁链幅值与电机转矩分别进行闭环控制，并得到定子电压矢量的给定值，然后采用较为成熟的空间矢量脉宽调制技术控制电压型逆变器。通过仿真结果可以看出间接自控制技术在较低的开关频率下，具有类似直接转矩控制技术中转矩的快速响应，尤其是在低速区性能较传统DTC 好，是一种在大功率牵引领域中实用的感应电机控制技术。