异步电动机的直接平均转矩控制方法研究.pdf

第?卷第?期 !∀ ? #! ∃ ? 电气与电子 工 程 % 直接平均转矩 ; 异步电动机 ; 磁链 878 ??9≅ 年德国学者 ∃ Α 0Β0+ Χ ∗! 0Δ 提出=异步 电机的直接转矩控制6Α=%:方法 , 该方法控制的优 化性 、 高效的动态性能引起了广泛关注 ∃ 早期人们采 用模拟方法来实现直接转矩控制 , 但模拟方法系统 结构复杂 、 抗干扰能力弱 、 控制难度大 , 一直没有理 想的实验结果 ∃ 随着计算机技术的发展 , 用数字方法 实现直接转矩控制 , 具有系统结构简单 、 抗干扰能力 强 、 控制容易的特点 , 迅速发展 迅速 , 取得了实际性 的进展 ∃ 但是由于采用 了执行速度慢的常规单片机 或微机处理器 芯片 , 不能很好地实现Α =%的算法 , 常规芯片6如 94??5 Ε %:是拜Φ 级的速度 , 而 Α= % 需 要的是 + Φ 级的速度 , 因此 必须采用 +Φ 级速度的芯 片 ∃ 现有的异步电动机转矩 和磁链控制的方法有以 下几种 Γ 场定向控制和一些直接转矩控制算法 , 如矢 量控制 、 直接转矩控制 、 直接 自控制等 ∃ 本文介绍直 接转矩控制的另一种形式—直接平均转矩控制 ∃ 直接平均转矩控制是一种基 于数学模型的预测方 法 ∃ 电压矢量是一样的 , 起动和转速 指令突变时响应不 够快 ∃ 3 直接平均转矩控制 对于具有小漏感的异步电动机的控制 , 如果用 微处理器来实现直接平均转矩控制 , 能够产生极短 的采样周期 ∃ 采样周期的长短 取决于微处理器的速 度 ∃ 在这 些运行点 , 应用 于变换器的正电压矢Η和电 动机 的电动势相差很大 , 因而 , 定子电流的变化率也 很高 ∃ 为得到一个合适的转矩 , 对伺服拖动系统采用 直接转矩控制时 , 实验证明其采样周期设Η为小于 ≅ 畔比较合适 ∃ 直接平均转矩控制的一个重要改进是基于模型 的预测方法 , ? 3≅川的采样周期 ∃ 直接平均转矩控 制在每个采样周期内计算两个开关事件 ∃ 在稳态的 情况下 , 每个开关事件的计算就是使超出设定转矩 与低于设定转矩与时间轴所围的面积相等 ∃ 如图 ? 所示 ∃ 直接转矩控制简述 直接转矩控制就是根据磁链 、 转矩的要求 , 从几 种电压空间矢量中选取一 最佳矢量 , 使得电机在特 定的状态运行 ∃ 电压 矢量 的选择依赖于电磁转矩误 差 、 定子磁链误差和磁链角 ∃ 传统直接转矩控制中磁 链和转矩 的 调节均采用施密特触发器 , 其容差大小 关系到系统性能 ∃ 因而误差很大和很小时所选择的为 了控制转矩 , 直接平均转矩控制算法需要检 收稿日期Ι 3445一48一?≅ 作者简介〕席自强6??5 4 一 : , 男 , 湖南东安人 , 湖北工业大学教授 , 工学博士 , 研究方向 Γ 电磁场 数值计算 ∃ 电气与电子 工 程 3445年第?期 测几个电压矢量和一个零电压矢量 , 并用一个 电机 检测器计算出可行的开关时刻 ∃ 最后 , 选 出能产生最 佳转矩和磁链的电压矢量来应用于电机控制的下一 个采样周期 ∃ 如果不能同时满足转矩 和磁链的要求 , 首先应满足转矩的要求 ∃ 检测器的计算模型是应用 异步电机在固定的 。

、 夕参考系下的模型 ∃ 7 实验结果 8 磁链控制方法的改进 针对一台电压 89 4ϑ , 额定功率3 , 3ΔΚ , 极对 数为3的三相异步电动机 , 采用本文介绍的直接平 均转矩控制模型 , 对实验装置进行了测试 ∃ 图8示出 实验装置的测试结果 ∃ 实验 中速度设里值从零变化 到? 4 4∗ Λ Φ ∃ 用一个简单的Μ Ν速度控制器就能很好 的完成改进的平均转矩控制算法 ∃ 如前所述 , 直接平均转矩控制算法对转矩和磁 链的控制是在每个采样周期用一个电压矢量和一个 零电压矢量 ∃ 在低转速和低转矩时 , 对转矩控制起作 用的电压矢量持续 时间太短 , 在这个短的持续时间 内 , 难以避免磁链的衰减 ∃ 从而 , 必须考虑磁链的变 化对电机运行的影响 , 平均转矩控制算法选择增加 磁链的电压矢量 , 但这不符合转矩的要求 ∃ 为解决这 个问题 , 这里给出的改进的磁链控制方法中 , 在上述 情况下每个采样周期应用两个电压矢量和一个零电 压矢量 ∃ 在一个周期开始时 , 如果磁链低于一定的水 平 , 改进的磁链控制算法就利用一个增加磁链的电 压矢量作用固定的≅衅 持续时间 , 这已足够使磁链 向着设定值接近 ∃ 这个电压矢量的持续时 间是固定 的 , 这个固定时间的选取要考虑到电机漏电感的大 小 ∃ 为维持两个电压矢量 , 转矩可以根据平均转矩控 制算法来设定 ∃ 持续时间为 = Γ 的采样周期 , 磁链增 加矢Η 的8个部分 Γ 图 ≅6Χ : 是 起动电 流和转速跟 随波形 ∃ 实验结果说明 起动转矩能很快 达到最大 , 几乎无时间延迟 , 之后 只在 4 ∃ ? ≅ 内就基 本达到稳 态 , 说明转矩响应是很快的 ∃ 转速跟随的上 升时间只有 84Ρ Φ 左右 , 在这么短 的时间内跟随上 实际转速 , 可较好的避免转矩输出振荡 ∃ 第?卷第?期席自强 异步电 动机的直接平均转拒控制方 法研究 8 ‘ ∃于 ‘‘ ∗ 而且系统的稳定性也会大大提高 ∃ 直接平均转矩是 直接转矩控制方法 的另一种形式 ∃ 由于采用基 于数 学模型的预测方法 , 控制性能更加优越 , 效果更加理 想 ∃ 6 , :起动电流和起动转矩波形 图 ≅ 异步电动机直接平均转矩控制动态实验 【参 考文献 〕 ≅ 结论 ∋ 0∋+2) 0Η∋!+ Ρ !Η! ∗; .? )_ 〔资任编辑 Γ 张岩芳〕 。