第五章直接轉矩控制技術

1、 第五章第五章 直接轉矩控制技術直接轉矩控制技術 第第5 5章章 異步電動機直接轉矩控制變異步電動機直接轉矩控制變頻調速系統頻調速系統 概述概述 異步電動機直接轉矩控制系統的理論基礎異步電動機直接轉矩控制系統的理論基礎 異步電動機直接轉矩控制（異步電動機直接轉矩控制（DSCDSC）的基本組成及的基本組成及工作原理工作原理5.1.1 直接轉矩控制技術的誕生與房展直接轉矩控制技術的誕生與房展 直接轉矩控制技術直接轉矩控制技術是在本世紀是在本世紀80年代中期年代中期繼矢繼矢量變換控制技術之后量變換控制技術之后發(fā)展起來的一種異步電動機變頻發(fā)展起來的一種異步電動機變頻調速技術。調速技術。 自從自從70年

2、代矢量控制技術發(fā)展以來，交流傳動年代矢量控制技術發(fā)展以來，交流傳動技術從理論上解決了交流調速系統在靜、動態(tài)性能上技術從理論上解決了交流調速系統在靜、動態(tài)性能上與直流傳動相媲美的問題。與直流傳動相媲美的問題。 矢量控制技術模仿直流電動機的控制，以轉子磁場矢量控制技術模仿直流電動機的控制，以轉子磁場定向，用矢量變換的方法，實現了對交流電動機的轉矩定向，用矢量變換的方法，實現了對交流電動機的轉矩和磁鏈控制的完全解耦。然而，在實際上由于和磁鏈控制的完全解耦。然而，在實際上由于轉子磁鏈轉子磁鏈難以準確觀測難以準確觀測，并且系統特性，并且系統特性受電動機參數的影響受電動機參數的影響較大較大，以及在模擬直流

3、電動機控制過程中所用矢量旋轉變換，以及在模擬直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換的的復雜性復雜性，使得實際的控制效果難以達到理論分析的結，使得實際的控制效果難以達到理論分析的結果。這是矢量控制技術在實踐上的果。這是矢量控制技術在實踐上的不足之處不足之處。5.1.1 直接轉矩控制技術的誕生與房展 不同于矢量控制技術，直接轉矩控制有著自己的不同于矢量控制技術，直接轉矩控制有著自己的特點，它在很大程度上解決了矢量控制中計算復雜、特點，它在很大程度上解決了矢量控制中計算復雜、特性容易受電動機參數變化的影響、實際性能難以達特性容易受電動機參數變化的影響、實際性能難以達到理論分析結果的一些重要技術問題。它

4、以自己新穎到理論分析結果的一些重要技術問題。它以自己新穎的控制思想，的控制思想，簡潔明了簡潔明了的系統結構，的系統結構，優(yōu)良的靜、動態(tài)優(yōu)良的靜、動態(tài)性能性能受到了普遍的關注并得到了迅速的發(fā)展。受到了普遍的關注并得到了迅速的發(fā)展。5.1.1 直接轉矩控制技術的誕生與房展5.1.2 直接轉矩控制系統的特點直接轉矩控制系統的特點 實際表明，采用直接轉矩控制的異步電動機變頻調速，實際表明，采用直接轉矩控制的異步電動機變頻調速， 電機磁場接近圓形，諧波小，損耗小，噪聲及溫升均比一般電機磁場接近圓形，諧波小，損耗小，噪聲及溫升均比一般的逆變器驅動的電動機小得多。直接轉矩控制系統的主要特的逆變器驅動的電動機

5、小得多。直接轉矩控制系統的主要特點有：點有： 直接轉矩控制是直接在定子坐標下分析交流電動機的數直接轉矩控制是直接在定子坐標下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩。不需要與直流電機進行學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩。不需要與直流電機進行比較、等效、轉化；所以不需要為解耦而簡化交流電動機模比較、等效、轉化；所以不需要為解耦而簡化交流電動機模型，型，省掉了坐標變換省掉了坐標變換。 采用空間矢量的概念來分析三相交流電動機的數學模型采用空間矢量的概念來分析三相交流電動機的數學模型和控制各物理量，使和控制各物理量，使問題變的簡單明了問題變的簡單明了。 強調的是轉矩的直接控制效果強調的是轉矩的直

6、接控制效果。其控制方式是，通過。其控制方式是，通過轉矩兩點式調節(jié)器把轉矩檢測值與轉矩給定值做滯環(huán)比較，轉矩兩點式調節(jié)器把轉矩檢測值與轉矩給定值做滯環(huán)比較，把轉矩波動限制在一定的容差范圍內，容差大小由頻率調把轉矩波動限制在一定的容差范圍內，容差大小由頻率調節(jié)器來控制。因此，他的控制效果不取決于電動機的數學節(jié)器來控制。因此，他的控制效果不取決于電動機的數學模型是否能簡化，而是取決于轉矩的實際狀況。模型是否能簡化，而是取決于轉矩的實際狀況。 總之，直接轉矩控制技術，用空間矢量的分析方法，總之，直接轉矩控制技術，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標系下計算與控制交流電動機的轉矩，采用直接在定子坐標系下

7、計算與控制交流電動機的轉矩，采用定子磁場定向，借助離散的兩點式調節(jié)產生定子磁場定向，借助離散的兩點式調節(jié)產生PWM信號，信號，直接對逆變器的開關狀態(tài)進行最佳控制，以獲得轉矩的高直接對逆變器的開關狀態(tài)進行最佳控制，以獲得轉矩的高動態(tài)性能。動態(tài)性能。5.1.2 直接轉矩控制系統的特點第第5 5章章 異步電動機直接轉矩控制變異步電動機直接轉矩控制變頻調速系統頻調速系統 概述概述 異步電動機直接轉矩控制系統的理論基礎異步電動機直接轉矩控制系統的理論基礎 異步電動機直接轉矩控制（異步電動機直接轉矩控制（DSCDSC）的基本組成及的基本組成及工作原理工作原理5.2.1 異步電動機直接轉矩控制系統異步電動機

8、直接轉矩控制系統 的理論基礎的理論基礎 最終目的（調節(jié)轉速） 間接手段（控制轉矩）問題關鍵dTJdt解決思路： 轉矩=定子磁勢氣隙磁勢正比于定子電流矢量（可以直接檢測）正比于磁鏈矢量（可從磁鏈模型中得到） 在求得轉矩控制量后，根據閉環(huán)系統的構成原則，設置轉矩調節(jié)器，形成轉矩閉環(huán)控制系統，可獲得與矢量控制系統相接近的靜、動態(tài)調速性能指標。5.2.1 異步電動機直接轉矩控制系統異步電動機直接轉矩控制系統 的理論基礎的理論基礎IM電機模型PWM磁鏈調節(jié)器轉矩調節(jié)器IGBT二極管異步電動機ssui，sfeifTeigTsg增加這個調節(jié)器的意義？ 磁鏈大小與電機的運行性能有密切關系，與電機的電壓、電流、

9、效率、溫升、轉矩、功率因數有關5.2.2 異步電動機定子軸系的數學模型1、異步電動機的電磁轉矩模型 在DSC中，采用空間矢量的數學分析方法，在電機的定子坐標系上描述異步電動機，這使問題變得特別簡單、清晰。 由此構成的轉矩觀測模型。以定子磁鏈矢量為基準的優(yōu)越性是，在定子坐標系中計算定子磁鏈，受電機參數影響最?。ㄖ皇芏ㄗ与娮璧挠绊懀叶ㄗ与娏骺梢灾苯訙y取。5.2.2 異步電動機定子軸系的數學模型2、異步電動機的磁鏈模型異步電動機的定子磁鏈可以根據下式來確定： 優(yōu)點:在計算過程唯一用到的參數是定子電阻。而定子電流和端電壓都是容易確定的物理量，能以滿足的精度被檢測出來。計算出定子磁鏈后，再帶入轉矩

10、模型，就可以計算出電動機的轉矩。5.2.2 異步電動機定子軸系的數學模型 由磁鏈模型可知，用兩個積分器便可計算電機磁鏈，但實現起來存在下列問題： （1）積分器存在漂移，為抑制漂移需引入反饋通道，反饋通道使輸出信號幅值和相移減小，隨電機轉速和頻率的降低，積分器誤差增大。 （2）隨電機轉速和頻率的降低，端電壓模值減小，由定子壓降項補償不準確帶來的誤差就越大。 （3）電機不轉時，端電壓為0，無法通過上式進行磁鏈，也無法建立初始磁鏈。 借助于電機的電流模型可以解決上述問題。 5.2.2 異步電動機定子軸系的數學模型電壓模型：電流模型： 兩個模型必須配合使用，高速時用電壓模型，低速時用電 流模型。 電流

11、模型用定子電流計算磁鏈，但精度與轉速有關，也受電機參數，特別是轉子時間常數的影響，在高速時不如電壓模型。5.2.2 異步電動機定子軸系的數學模型 電壓模型和電流模型進行快速平滑切換的困難仍未得到解決，取而代之的是在全速范圍內都實用的高精度磁鏈模型，稱為u-n模型，也叫電動機模型。 u-n模型由定子電壓和轉速來獲取定子磁鏈。它綜合了電壓模型和電流模型的特點。un模型模型5.2.3 逆變器的八種開關狀態(tài)和逆變器的電壓方程 一臺電壓性逆變器如圖，由三組六個開關組成，一組橋臂上下開關反向，即一個接通一個斷開，所以三組開關有8種開關組合。 若規(guī)定ABC三相負載的某一相與“+”接通時，該相開關狀態(tài)為“1”

12、，反之，與“-”接通時，為“0”態(tài)。則八種可能的開關狀態(tài)如表。ASBSCSASBSCSdUABC05.2.3 逆變器的八種開關狀態(tài)和逆變器的電壓方程 這八種開關狀態(tài)可分為兩大類：一類是工作狀態(tài)（三相負載并不都接相同的電位）一類是零開關狀態(tài)（三相負載接相同的電位，負載電壓為0） 按照本書分析方便，并使之與逆變器實際開關狀態(tài)順序相符，編號如表。5.2.3 逆變器的八種開關狀態(tài)和逆變器的電壓方程幾種表示方式：5.2.3 逆變器的八種開關狀態(tài)和逆變器的電壓方程ASBSCSASBSCSdUABC0SABC011 001 101 100 110 010AuBuCu00023dU13dU13dU23dU5.

13、2.4 電壓空間矢量的概念 若其ABC三相負載的定子繞組接成星型，其輸出電壓空間矢量的PARK矢量變換表達式應為：22)( )( )( )3sABCu tXtXtXt（2/3je 旋轉因子 這樣就可以用電壓空間矢量表示逆變器三相輸出電壓的各種狀態(tài)。23三相繞組空間分布5.2.4 電壓空間矢量的概念 下面根據上式對電壓空間矢量在坐標系中的離散位置舉例說明：對于狀態(tài)1“,SABC=011,由圖可知2/3/3AdBCduuuuu 22)( )( )( )3sABCu tXtXtXt（帶入有2/34/32422011)33334433jjsjuEEeEeEEe （定子電壓空間矢量開關狀態(tài)SA,SB,S

14、C A相B相C相矢量表達式U00000000U1011U2001U3101U4100U5110U6010U7111000043E23E23E23E23E43E23E43E23E43E23E23E23E23E43E23E23E43E43jEe4343jEe5343jEe043jEe1343jEe2343jEe4.2.4 電壓空間矢量的概念5.2.4 電壓空間矢量的概念 依次計算各開關狀態(tài)的電壓空間矢量，可以得到如下結論： （1）逆變器的六個工作電壓狀態(tài)給出了六個不同方向電壓空間矢量。他們周期性地順序出現，相鄰兩個矢量之間相差60度。 （2）電壓空間矢量的幅值不變，都等于4E/3。因此六個電壓空間

15、矢量的頂點構成了正六邊形的頂點。 （3）六個電壓空間矢量順序是 它們依次壓逆時針方向旋轉。 （4）零電壓矢量狀態(tài)“7”位于六邊形中心。011001101100110010000111ssssssssuuuuuuuu（） （） （） （） （） （） （） （）5.2.5 電壓空間矢量與磁鏈空間矢量的關系定子磁鏈與定子電壓之間的關系為：)( )sssstti t Rdt（u （）若忽略定子電阻壓降的影響，則)sstt dt（u （ 表明定子磁鏈空間矢量與定子電壓空間矢量之間為積分關系。5.2.5 電壓空間矢量與磁鏈空間矢量的關系 磁鏈空間矢量的頂點會按照與電壓空間矢量相平行的方向，沿矢量軌跡運動

16、。 定子電阻壓降比端電壓足夠小，那么這種平行就能得到很好的近似。在適當的時刻依次給出定子電壓空間矢量5.2.6 電壓空間矢量對電動機轉矩的影響轉矩=定子磁勢氣隙磁勢 通過電壓空間矢量來控制定子磁鏈的旋轉速度，從而改變定、轉子磁鏈矢量之間的夾角，達到控制電動機轉矩的目的。 如果在某一時刻，加入零電壓空間矢量，則定子磁鏈空間矢量保持靜止不動，而轉子磁鏈空間矢量繼續(xù)以同步速度旋轉，則磁通角減小，從而轉矩減小。5.2.7 電壓空間矢量的正確選擇 正確選擇電壓可以形成六邊形磁鏈。所謂正確選擇，包括兩個含義：一是電壓空間矢量順序的選擇；二是各電壓空間矢量給出時刻的選擇。5.2.7 電壓空間矢量的正確選擇舉

17、例說明 區(qū)段S1分別向三相坐標系三軸投影，得到該區(qū)段內三個磁鏈分量。其中，在整個區(qū)段內， 保持正的最大值， 從負的最大值變到0， 從零變到負的最大值。ABCC123456S1S2S3S4S5S6ABABCsu5.2.7 電壓空間矢量的正確選擇 施密特觸發(fā)器的容差為 ， 作為磁鏈給定值，通過三個施密發(fā)器用磁鏈給定值分別與三個磁鏈分量進行比較。 當 上升到正的磁鏈給定時，施密特觸發(fā)器輸出低電平， 為低電平。反之， 輸出高電平。 得到磁鏈開關信號 的時序圖，同理可以得到 時序圖。 磁鏈開關信號可以很方便地構成電壓開關信號，其關系為：sgASASABSCS5.2.7 電壓空間矢量的正確選擇sgsgAC

18、SsgsgBBSsgsgAASsgACBACBSS USS USS U5.2.7 電壓空間矢量的正確選擇 由以上分析得到了電壓開關狀態(tài)順序的正確選擇。所得電壓開關狀態(tài)的順序是011-001-101-100-110-010，正好對應于六邊形磁鏈的六個區(qū)段：S1-S2-S3-S4-S5-S6。換句話說，按順序依次給出電壓空間矢量 就可以得到按逆時針旋轉的正六邊形磁鏈軌跡。 同時解決了所選用空間矢量給出時刻的問題。這個時刻就是磁鏈分量達到磁鏈給定值的時刻。011001101100110010000111ssssssssuuuuuuuu（） （） （） （） （） （） （） （）5.2.8 異步電動

19、機直接轉矩控制的基本結構 前面我們闡述了直接轉矩控制系統的基本概念、基本控制原理。所謂”直接轉矩控制”，其本質是：在異步電動機定子坐標系中，采用空間矢量的數學分析方法，直接計算和控制電動機的電磁轉矩。 一臺電壓型逆變器處于某一工作狀態(tài)時，定子磁鏈軌跡沿著該狀態(tài)所對應的定子電壓矢量方向運動，速度正比于電壓矢量的幅值。利用磁鏈的棒棒控制切換電壓矢量工作狀態(tài)可使磁鏈軌跡按照六邊形運動。如果要改變定子磁鏈矢量的旋轉速，可引入零電壓矢量。在兩狀態(tài)下，電壓矢量等于0，磁鏈停止旋轉不動。利用轉矩的棒棒控制交替使用工作狀態(tài)和零狀態(tài)，使磁鏈走走停停，從而改變磁鏈個平均旋轉速度的大小，也就改變了磁通角的大小，達到

20、控制電動機轉矩的目的。轉矩、磁鏈閉環(huán)控制所需要的反饋控制量由電動機定子側轉矩、磁鏈觀測模型計算給出。 根據以上所述內容，可以構成直接轉矩控制系統的基本結構。5.2.8 異步電動機直接轉矩控制的基本結構5.2.8 異步電動機直接轉矩控制的基本結構2/312/32/3UTIMAZSseseAMMUCTDMCAMCTQssABCsgASBSCSCSUASUBSUA B CAiBiCiAuCususuisRsRsisieigTeifT5.2.8 異步電動機直接轉矩控制的基本結構1、直接轉矩控制的基本結構DMC：磁鏈自控制單元。輸入量是定子磁鏈在 三相坐標系上的三相分量 。其參考信號是磁鏈給定值 。通過

21、三個施密特觸發(fā)器得到磁鏈開關信號，再經過關系轉換、反向后變成電壓狀態(tài)信號直接去控制逆變器UI，輸出相應的電壓空間矢量。5.2.8 異步電動機直接轉矩控制的基本結構UCT：坐標變換單元。輸入量是定子磁鏈在 坐標系上的分量。輸出是三個 磁鏈分量。 （2S/3S)31223122ABCsssss 123456S1S2S3S4S5S6ABABCsu5.2.8 異步電動機直接轉矩控制的基本結構AMM：磁鏈模型單元。輸入量是定子電動勢在 坐標系上的分量，輸出量為磁鏈在 坐標系上的分量。5.2.8 異步電動機直接轉矩控制的基本結構AZS:零狀態(tài)選擇單元。 轉矩調節(jié)器ATR的輸出信號TQ控制開關S接通零狀態(tài)選

22、擇單元AZS提供的零電壓信號，把零電壓加到電動機上，使定子磁鏈停止不動，磁通角減小，轉矩減小。5.2.8 異步電動機直接轉矩控制的基本結構AMC：轉矩計算單元。輸入量為AMM的輸出量 以及被測量sssisi5.2.8 異步電動機直接轉矩控制的基本結構2、弱磁過程中的轉矩特性弱磁過程中的轉矩特性 如果改變磁鏈給定值的大小，就可以任意調節(jié)電動機定子磁鏈的幅值，達到弱磁調速的目的。 在弱磁時，根據轉矩公式，磁鏈減小，轉矩要減小。如何在弱磁過程中加大轉矩保持弱磁過程中的高動態(tài)轉矩特性？5.2.8 異步電動機直接轉矩控制的基本結構1sg2sgPP1t st rt 在“磁鏈自控制”中采用減小給定值的方法就

23、能自動做到這一點。具體分析： 弱磁前，磁鏈給定值為 ，定子磁鏈與轉子磁鏈以相同的平均角速度沿正六邊形軌跡逆時針旋轉。如果在t1時刻，把磁鏈給定值減小到 ，則逆變器的開關狀態(tài)在t1時刻應該這樣改變，即使得定子磁鏈空間矢量的頂點由 點直接向P點移動。此時由于轉子不直接受切換的影響，因此仍保持其原正六邊形的運動軌跡。定子磁鏈從t1時刻開始由 拐點直接向P點運動。從 到P點之間的距離比起轉子磁鏈從t1時刻沿原六邊形的邊運動到P點之間的距離縮短了 距離。因此定子磁鏈比起轉子磁鏈較早達到P點。這就意味著定子磁鏈和轉子磁鏈之間建立了一個角度的增量。相應轉矩增大，達到了弱磁中增大轉矩的目的。1sg2sgPPP

24、5.2.8 異步電動機直接轉矩控制的基本結構3、定子電阻壓降對定子磁鏈幅值的影響定子電阻電壓對定子磁鏈的影響見圖。圖中外軌跡圖是0.5倍的理想額定控制轉速時的六邊形磁鏈的軌跡圖形。內軌跡圖是0.05倍額定空載轉速的軌跡圖形。外軌跡是一個近似得很好的正六邊形，內軌跡則扭曲得很厲害。事實上，在大于30%額定轉速范圍內，定子電阻壓降對定子磁鏈的影響很小。而在低速時，其影響會增大。0.05nsN時磁鏈軌跡（內軌跡圖）0.5nsN時磁鏈軌跡（外軌跡圖）第第5 5章章 異步電動機直接轉矩控制變異步電動機直接轉矩控制變頻調速系統頻調速系統 概述概述 異步電動機直接轉矩控制系統的理論基礎異步電動機直接轉矩控制

25、系統的理論基礎 異步電動機直接轉矩控制（異步電動機直接轉矩控制（DSCDSC）的基本組的基本組 成及工作原理成及工作原理5.3 異步電動機直接轉矩控制（DSC）的基本組成及工作原理 根據上節(jié)提出的直接轉矩控制的基本結構，經過擴充和完善，可以得到一個比較完整的異步電動機直接轉矩控制的變頻調速系統。轉速檢測器ABC轉速調節(jié)器轉矩調節(jié)器磁鏈幅值構成頻率調節(jié)器2/3磁鏈自控單元轉矩模型定子磁鏈模型零狀態(tài)磁鏈調節(jié)器開關信號選擇單元IGBT逆變器2/32/3IMnfngffffni u eifTeigTmABCsfsgS A B CiS A B CuASRATRAMRA RQABCS ATRUI系統組成部

26、分：磁鏈自控制轉矩調節(jié)磁鏈調節(jié)開關信號選擇開關頻率調節(jié)異步電動機的數學模型轉速調節(jié)5.3 異步電動機直接轉矩控制（DSC）的基本組成及工作原理1、定子磁鏈沿六邊形軌跡正轉和反轉時各信號之間的關系5.3.1 磁鏈自控制 任務：識別磁鏈運動軌跡的區(qū)段，給出正確的磁鏈開關信號，以產生相應的電壓空間矢量，控制磁鏈按六邊形運動軌跡正確地旋轉。正轉時反轉時ACBACBSS USS USS UCAABBCSS USS USS U5.3.1 磁鏈自控制2、磁鏈開關信號正確選擇的實現 反轉時，如果僅根據上面的反轉信號之間的關系，直接進行反轉，還存在有問題。比如定子磁鏈在區(qū)段S5開始反轉，進入的下個區(qū)段是S4,而

27、施密特觸發(fā)器的當輸入信號第一次到達閾值時，輸出相應的信號，當輸入信號第二次返回同一閾值時，則不起作用。為此必須采取措施，以實現反轉功能： 讓三個磁鏈分量倒相，然后改變相序，把 和 互換，就能得到負的坐標系順時針旋轉所應形成的磁鏈分量。BC5.3.1 磁鏈自控制5.3.1 磁鏈自控制31223122ABCsssss 31223122ABCsssss （）（）AABCCB 5.3.1 磁鏈自控制4.3.2 轉矩調節(jié)轉矩調節(jié) 轉矩調節(jié)的任務是實現對轉矩的直接控制。轉矩調節(jié)的任務是實現對轉矩的直接控制。為了控制轉矩，轉矩調節(jié)必須具備為了控制轉矩，轉矩調節(jié)必須具備兩個功能兩個功能： 用轉矩兩點式調節(jié)器用

28、轉矩兩點式調節(jié)器直接調節(jié)轉矩直接調節(jié)轉矩 用用P/NP/N調節(jié)器，在調節(jié)轉矩的同時，調節(jié)器，在調節(jié)轉矩的同時，控制定控制定子磁鏈的旋轉方向子磁鏈的旋轉方向。5.3.2 轉矩調節(jié)1、轉矩兩點式調節(jié)器（1）轉矩兩點式調節(jié)器調節(jié)過程 也是采用施密特觸發(fā)器，其容差為 且可調。當實際值低于下限，輸出為“1”，得到相應電壓空間矢量，使定子向前旋轉，轉矩上升。當實際值高于上限，輸出為“0”。零電壓加到電動機上，定子磁鏈不動，轉矩減小。m5.3.2 轉矩調節(jié)（2）定子磁鏈空間矢量最大的軌跡速度02/ 3s 定子磁鏈沿六邊形運行時，在 軸上的最大變化量是 ，當逆變器的直流電壓恒定且等于2E時，其 軸電壓分量也恒

29、定，幅值為 4E/3。由磁鏈與電壓之間的積分關系得： 0042/336sTET0為定子磁鏈在空間運行一周的時間003 3sTE理想空載角速度002329ssET定子磁鏈最大變化率為0max24336sET5.3.2 轉矩調節(jié)（3）定子磁鏈空間矢量的平均軌跡速度 如圖，如果定子磁鏈空間矢量以原點“0”為中心，其頂點沿六邊形軌跡的水平邊旋轉。如果角速度恒定。則有Bss常數定子磁鏈旋轉切速度()cosBss定子磁鏈空間矢量模值0cossss 定子平均軌跡速度：02()cosssss3030s如果固定角速度和定子磁鏈，那么其波動為 12.5%5.3.2 轉矩調節(jié)（4）有轉矩調節(jié)所決定的逆變器頻率的估計

30、轉矩調節(jié)器的容差決定逆變器開關頻率大小。轉矩脈動頻率，也就是轉矩調節(jié)決定的逆變器開關頻率,max14smmf5.3.2 轉矩調節(jié)2、P/N調節(jié)器P/N調節(jié)器可以加快轉矩調節(jié)過程，控制定子磁鏈的反轉，以實現轉矩的迅速減小5.3.2 轉矩調節(jié)5.3.3 磁鏈調節(jié)器磁鏈調節(jié)器1、磁鏈調節(jié)器、磁鏈調節(jié)器 磁鏈調節(jié)器的任務是對磁鏈量進行調節(jié)。由于定子電阻壓降的影響，在低速時，定子磁鏈幅值將減小。由內軌跡圖可以看出定子磁鏈的扭曲和幅值減小。 為了避免定子磁鏈幅值減小，引入磁鏈調節(jié)閉環(huán)。有磁鏈調節(jié)控制給出這樣一個定子電壓空間矢量，它的作用是加大定子磁鏈幅值，以維持磁鏈幅值在允許的范圍內波動。 為此，磁鏈調節(jié)

31、部分包括調節(jié)和檢測磁鏈幅值大小的幅值構成單元。5.3.3 磁鏈調節(jié)器磁鏈調節(jié)器1、磁鏈調節(jié)器、磁鏈調節(jié)器 其結構也是施密特觸發(fā)器。容差為 磁鏈電壓：加大定子磁鏈幅值的定子電壓空間矢量 對磁鏈電壓的選擇有兩種：6 0u，1 2 0u，5.3.3 磁鏈調節(jié)器2、磁鏈電壓對轉矩的影響 磁鏈 的接通不僅加大了定子磁鏈空間矢量的模值，而且還使定子磁鏈空間矢量回轉一個角度這種回轉隨接通的位置不同而不同。且會使得轉矩減小。 回轉的最大可能是在區(qū)段的末端，此時得到轉矩的負波動為3.5%。120u，123456S1S2S3S4S5S6su360SU電壓S40U電壓120S2電壓U5.3.3 磁鏈調節(jié)器C1234

32、56S1S2S3S4S5S6ABABCsu3、磁鏈幅值構成單元 為了進行磁鏈調節(jié)，必須檢測磁鏈量，這由磁鏈模值構成單元完成。對于六邊形磁鏈由三個對稱貝塔分量構成：0.5SABC對于圓形磁鏈，定子磁鏈模值為：22sSs5.3.4 電壓狀態(tài)的選擇電壓狀態(tài)的選擇 如何綜合磁鏈開關如何綜合磁鏈開關信號、轉矩開關信號、信號、轉矩開關信號、磁鏈量開關信號以及磁鏈量開關信號以及正反轉正反轉P/N信號、零狀信號、零狀態(tài)電壓信號，以態(tài)電壓信號，以實現實現正確的電壓選擇正確的電壓選擇。 如圖，集中表示了如圖，集中表示了正轉磁鏈開關信號的正轉磁鏈開關信號的順序、反轉磁鏈開關順序、反轉磁鏈開關信號、與此相對應的信號、

33、與此相對應的電壓開關信號、電壓電壓開關信號、電壓狀態(tài)信號、電壓空間狀態(tài)信號、電壓空間矢量和所對應的區(qū)段。矢量和所對應的區(qū)段。5.3.4 電壓狀態(tài)的選擇電壓狀態(tài)的選擇 以定子磁鏈以定子磁鏈P轉為例。設定子磁鏈空間矢量位于區(qū)段轉為例。設定子磁鏈空間矢量位于區(qū)段S4，若轉矩開關信號若轉矩開關信號TQ=1,即要求增加轉矩，則給出電壓空間即要求增加轉矩，則給出電壓空間矢量矢量uS4，此時的磁鏈開關信號為此時的磁鏈開關信號為 ，電壓開關信，電壓開關信號為號為 。若此時轉矩開關信號不要求增加轉矩，。若此時轉矩開關信號不要求增加轉矩，而磁鏈開關信號要求增加磁鏈，即而磁鏈開關信號要求增加磁鏈，即 ，則給出，則給

34、出 磁鏈電壓，即電壓空間矢量磁鏈電壓，即電壓空間矢量us2 。相應的磁鏈開關信相應的磁鏈開關信號號 ，電壓開關信號，電壓開關信號 。101PS 011SU 1Q120110PS 110SU 5.3.4 電壓狀態(tài)的選擇把每個區(qū)段的磁鏈開關信號和電壓開關信號列表，則有1) 轉矩開關信號要求增加轉矩，正轉時的順序表。ABBCCAS USS USS US5.3.4 電壓狀態(tài)的選擇2)轉矩開關信號要求增加轉矩，反轉時的順序表ACBACBS USS USS US5.3.4 電壓狀態(tài)的選擇如果磁鏈開關信號要求磁鏈量增加，對于P運轉，則磁鏈開關信號與電壓開關信號之間有這樣的順序關系。ACBACBS USS U

35、SS US5.3.4 電壓狀態(tài)的選擇如果磁鏈開關信號要求磁鏈量增加，對于N運轉，則磁鏈開關信號與電壓開關信號之間有這樣的順序關系。ABBCCAS USS USS US 綜合各種開關信號，開關信號選擇單元應這樣來綜合各種開關信號，開關信號選擇單元應這樣來工作：由磁鏈自控制單元給出的磁鏈開關信號決定正確工作：由磁鏈自控制單元給出的磁鏈開關信號決定正確的區(qū)段電壓，以使定子磁鏈沿六邊形軌跡旋轉。的區(qū)段電壓，以使定子磁鏈沿六邊形軌跡旋轉。區(qū)段電區(qū)段電壓的接通與否，由轉矩開關信號控制壓的接通與否，由轉矩開關信號控制。接通時，區(qū)段電。接通時，區(qū)段電壓成為轉矩電壓，定子磁鏈旋轉，轉矩加大，不接通時，壓成為轉矩

36、電壓，定子磁鏈旋轉，轉矩加大，不接通時，零電壓被接通，定子磁鏈靜止，轉矩減小。零電壓被接通，定子磁鏈靜止，轉矩減小。在保證轉矩在保證轉矩調節(jié)的前提下，若磁鏈量減小了，則磁鏈量開關信號接調節(jié)的前提下，若磁鏈量減小了，則磁鏈量開關信號接通磁鏈電壓通磁鏈電壓，以使磁鏈量增大，實現在沿六邊形軌跡運，以使磁鏈量增大，實現在沿六邊形軌跡運動的過程中，即調節(jié)轉矩，又調節(jié)磁鏈量。動的過程中，即調節(jié)轉矩，又調節(jié)磁鏈量。P/N信號控信號控制正、反轉。制正、反轉。5.3.4 電壓狀態(tài)的選擇5.3.5 最小開關持續(xù)時間 逆變器的開關功率器件，在開關狀態(tài)改變后，都有一個最小持續(xù)時間。只有滿足這個最小持續(xù)時間后，其開關狀

37、態(tài)才能發(fā)生新的變化。最小持續(xù)時間會影響到電壓狀態(tài)的切換。檢查新的開關信號希望的開關狀態(tài)可能嗎？執(zhí)行當前狀態(tài)是適當的零狀態(tài)嗎？用適當的零狀態(tài)代替所希望的開關狀態(tài)，單次的矛盾得到解決NYNY最小開關持續(xù)時間的監(jiān)視和實現用流程圖5.3.6 逆變器的開關頻率調節(jié) 在傳統的脈寬調制PWM的控制方式中，逆變器的開關頻率都是按照實現給定好的模式確定的。而在直接轉矩控制的方法中，開關頻率是通過轉矩容差的寬度的調節(jié)來確定的。容差設定小，對于減小轉矩脈動是有利的，但同時增加了逆變器的開關頻率。 逆變器的開關頻率受到兩個因素的影響：1）轉矩容差的大小；2）轉速的大小。 逆變器的開關頻率調節(jié)器保證逆變器在給定的開關頻

38、率下工作。當開關頻率超過給定頻率時增大容差。反之，則相反。5.3.6 逆變器的開關頻率調節(jié) 在PI調節(jié)器后面有一個限制單元AXZ。它的作用有兩個：1）在低速時限制容差的最小值，也就是容差的減小有限度，不得低于其最小值。在這個范圍內逆變器的開關頻率小于給定的開關頻率，則不必加調節(jié)和限制，可實行頻率開環(huán)控制，因為它不會帶來害處。2）頻率調節(jié)作用。對應于拐點以上（施加開關頻率達到給定頻率），如果再采用最小容差，可能不能滿足零矢量電壓最小開關持續(xù)時間的要求，結果會出現實際轉矩低于給定轉矩的現象，為了避免這種情況的發(fā)生，需要增大容差。5.4 在低速范圍內直接轉矩控制系統的在低速范圍內直接轉矩控制系統的轉

39、矩控制與調節(jié)方法轉矩控制與調節(jié)方法5.4.1 在低速范圍內直接轉矩控制系統的結構特點5.4.2 區(qū)段的電壓狀態(tài)選擇5.4.3 低速范圍內轉矩與磁鏈調節(jié)的協調5.4.1 在低速范圍內直接轉矩控制系統在低速范圍內直接轉矩控制系統的結構特點的結構特點 根據直接轉矩控制系統工作特點的不同，按轉速分為三個區(qū)域：低速范圍、高速范圍、弱磁范圍。按照不同的轉速范圍，劃分工作區(qū)域，確定相應的控制與調節(jié)方法，這對于直接轉矩控制應用于實際工業(yè)生產中是很重要的。高速范圍（指從30%100%額定轉速之間的轉速范圍內）的調節(jié)方案與4.3節(jié)介紹的DSC的基本組成一致，是典型的DSC控制的范圍。為了與低速范圍（指30%額定轉

40、速以下的轉速范圍）內DSC系統結構特點進行對比，首先將DSC系統高速范圍內的結構做一歸納和總結。1、高速范圍的調節(jié)方案特點1）用電動機模型檢測計算電動機電磁模型。2）用磁鏈自控制環(huán)節(jié)內的施密特觸發(fā)器（即磁鏈給 定值比較器）來確定區(qū)段；3）轉矩兩點式調節(jié)；4）磁鏈兩點式調節(jié)；5）六邊形磁鏈軌跡。5.4.1 在低速范圍內直接轉矩控制系統在低速范圍內直接轉矩控制系統的結構特點的結構特點2、低速范圍內的結構特點 低速范圍內，由于轉速低（包括零轉速）、定子電阻壓降影響大等特點，會產生一些需要解決的問題，如磁鏈波形畸變、在低定子頻率及至零頻時保持轉矩和磁鏈基本不變等。為此要求在控制方法做相應考慮。5.4.

41、1 在低速范圍內直接轉矩控制系統在低速范圍內直接轉矩控制系統的結構特點的結構特點低速范圍內的調節(jié)方案有如下特點：1）用電動機模型檢測計算電動機磁鏈和轉矩。2）為了改善轉矩動態(tài)性能，對定子磁鏈空間矢量要實 現正反向變化控制；3）轉矩調節(jié)器和磁鏈調節(jié)器的多功能協調工作；4）用符號比較器確定區(qū)段；5）調節(jié)每個區(qū)段的磁鏈量；6）圓形磁鏈軌跡（15%以下）與六邊形磁鏈軌跡（1530%）：7）每個區(qū)段上，有四個工作電壓狀態(tài)和兩個零電壓狀態(tài)的使用和選擇5.4.1 在低速范圍內直接轉矩控制系統在低速范圍內直接轉矩控制系統的結構特點的結構特點5.4.2 區(qū)段的電壓狀態(tài)選擇區(qū)段的電壓狀態(tài)選擇 本節(jié)將進一步分析各種電壓狀態(tài)所能起的更多的作用。 逆變器的六個可能的工作電壓狀態(tài)輸出六個工作電壓空間矢量。由于定子磁鏈空間矢量的運動方向由電壓空間矢量的方向確定，所以磁鏈只能在這六個方向上運行。磁鏈的任何其他方向的運行，都只能通過多個電壓空間矢量的組合來實現。 六邊形磁鏈軌跡的調節(jié)方案，是的調節(jié)結構很簡單。在每個區(qū)段值需要兩種電壓狀態(tài)：區(qū)段的工作電壓狀態(tài)和零電壓狀態(tài)。用一個雙值輸出的調節(jié)器分別控制接通“工作電壓”或“零電壓”就夠了。在DSC控制中，這種控制信號由轉矩兩點式調節(jié)器提供。 如果要在區(qū)段內改變定子磁鏈的