感应电动机直接转矩控制中电压状态选择

1　引言

　　直接转矩控制技术是80年代中期提出的一种重要的交流调速理论，自提出以来得到了广泛的关注[3]。它具有原理简单，使用传感器较少，系统对电机参数的依赖性弱，动态响应快等特点。随着DSP技术的发展，直接转矩控制技术得到了更广泛的应用。

　　直接转矩控制不同于一般的控制方法，它根据电机的运行状态，按照一定的策略选择逆变器的开关状态，输出相应的电压空间矢量，把转矩、磁链限制在给定的容差内，从而实现转矩直接、快速地控制。选择逆变器状态最常用的方法是利用状态选择表，即根据电机状态，查表得到逆变器应输出的电压。
　　
　　本文针对直接转矩控制中，当区段切换时定子磁链幅值变化较大导致电机转矩脉动增大、谐波电流增加的现象，提出了一种区段细分的策略，较好地解决了这个问题。


2　直接转矩控制基本原理

　　直接转矩控制是建立在定子磁链定向的基础上的，为了控制定子磁链，必须合理的选择逆变器电压状态。三相异步电机控制中通常采用三相两点式电压型逆变器（图1-a），它的每一相有两个开关，一次只能接通一个开关，这样逆变器就有6种非零状态，2种零状态。引入PARK变换，将三个标量Ua，Ub，Uc合成为α-β平面的矢量U1，U2…U6（图1-b），相应的把α-β平面分为6个区段，每个区段60o[1]。

　　直接转矩控制系统中感应电动机定子磁链表示为：

　　式中—定子电阻
　　—定子电压、电流、磁链矢量
忽略定子电阻压降，在短时间内磁链增量，即的大小和成正比，方向和矢量方向一致。
　　电动机输出转矩：

　　　　　 (2)
　　式中—定转子磁链夹角

　　直接转矩控制技术以电动机理想磁链圆（图2虚线圆）为基准，用逆变器的不同电压状态所产生的实际磁链追踪基准磁链。电压矢量均可分解为圆的切向分量和径向分量，切向分量改变磁

链旋转速度，径向分量改变磁链幅值。在图2中设Ψs位于六个区段中的2区,选择U3径向分量能增大磁链Ψs，切向分量增大ΨS的旋转速度，而转子磁链转速近似不变，这样定转子磁链的夹角变大，电机输出转矩变大。同理选择U4其径向分量减小定子磁链幅值，切向分量增大了Ψs的旋转速度，增大了电机的输出转矩。在其它区段非零电压状态对电机的影响的分析方法与此相同。对于零状态，它对磁链的大小和旋转速度没有作用，而转子磁链继续旋转，定转子磁链夹角变小，电机输出转矩变小。可见合理的选择电压状态，就能控制电机的磁链和转矩。逆变器电压状态选择可以通过状态选择表来实现，状态选择表概念比较简单,实现起来也比较容易。

表中K表示Ψs位于第K区段，UK表示逆变器应输出UK电压矢量；σT=1表示电机转矩应该增大, σT=0表示应该减小转矩；σΨ=1表示应增大电机定子磁链，若σΨ=-1，则应减小磁链。信号σΨ、σT一般通过滞环调节器来实现[1]。


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