现代交流调速技术-第5章 三相感应电动机直接转矩控制

.,第5章三相感应电动机直接转矩控制,主讲教师：秦晓飞上海理工大学光电学院,.,第5章三相感应电动机直接转矩控制,本章按王成元第一版电机现代控制技术第三章的内容进行部分讲解。5.1直接转矩控制基本原理5.2直接转矩控制系统5.3*滞环控制与预期电压矢量控制5.4*离散空间电压矢量调制技术,.,5.1直接转矩控制基本原理,.,5.1直接转矩控制基本原理,5.1.1电磁转矩控制原理电机控制最终目的是要有效控制电磁转矩。在ABC轴系：,其中称之为定子瞬时电感,.,5.1直接转矩控制基本原理,负载角，稳态时较小。只要保持定、转子磁链幅值恒定，就可以通过负载角来控制转矩。,.,5.1直接转矩控制基本原理,转子磁链矢量比定子磁链矢量变化慢：,感应电机直接转矩控制的实质：在动态控制过程中，控制的响应时间一般比转子时间常数快得多，那么在这短暂的过程中就可以认为转子磁链矢量是不变的，进而只要保持定子磁链的幅值不变，通过改变sr就可以迅速地改变和控制电磁转矩。,一阶滞后环节,.,5.1直接转矩控制基本原理,5.1.2直接转矩控制与矢量控制的比较和内在联系相同点：DTC与FOC的控制实质都是通过控制力矩电流iT来实现电磁转矩Te的控制。,.,5.1直接转矩控制基本原理,DTC,电磁转矩分析：,FOC,.,5.1直接转矩控制基本原理,不同点：FOC中转子磁链的幅值恒定，是通过控制定子电流励磁分量实现的；DTC中转子磁链的幅值恒定不是人为控制的，而是在定子磁链短暂的控制周期内认为是相对不变的。,.,5.1直接转矩控制基本原理,不同点：FOC中电磁转矩是通过定子电流的转矩分量间接控制的；DTC中电磁转矩直接作为被控对象，系统根据的控制结果判断应该施加什么样的定子电压矢量，从而改变定子磁链相对转子磁链的旋转速度。,不同点：稳态时，FOC中定、转子磁链和是同步旋转而相对静止的，即负载角是不变的；DTC中定、转子磁链和始终处于相对运动的状态。受到不断变化的外加电压的“点动”控制，旋转速度始终处于变化之中，自然也是不断变化的。因此产生了“天然”脉动的转矩，电机与负载之间实现的是平均转矩相平衡。,不同点：FOC须观测转子磁链以进行磁场定向，易受参数变化的影响；DTC中不需转子磁链，不易受参数变化的影响。,.,5.1直接转矩控制基本原理,5.1.3逆变器开关状态与定子电压空间矢量定子电压空间矢量与定子磁链变化率：忽略定子电阻时因此定子磁链的增量，是所施加的定子电压矢量与时间间隔的乘积。三相全桥电压源逆变器可提供的定子电压矢量有8种（包含两个零电压矢量），称为开关电压矢量。,.,5.1直接转矩控制基本原理,.,5.1直接转矩控制基本原理,5.1.4定子电压矢量的调制与定子磁链矢量轨迹6拍电压作用下：,定子磁链轨迹程六边形，定子磁链幅值不恒定。导致电流波形非正弦和较大的转矩脉动。,.,5.1直接转矩控制基本原理,定子磁链滞环控制：,.,5.1直接转矩控制基本原理,5.1.5定子磁链和电磁转矩控制每一个开关电压矢量均可沿定子磁链矢量方向分解为径向分量和切向方向。径向分量控制定子磁链幅值，切向方向控制定子磁链的转速，从而控制电磁转矩。但开关电压矢量只有8个可供选择，因此应该同时根据定子磁链偏差和电磁转矩偏差来选择合适的开关电压矢量。,.,5.1直接转矩控制基本原理,5.1.6开关电压矢量的合理选择定义定子磁链滞环比较器的输出如下：定义电磁转矩滞环比较器的输出如下：,.,5.1直接转矩控制基本原理,则可按以下表格选择开关电压矢量：,.,5.1直接转矩控制基本原理,零电压的采用能够“缓和”电磁转矩的剧烈变化，从而减小转矩脉动和功率器件的开关频率，减小开关损耗和电磁干扰。,.,5.2直接转矩控制系统,.,5.2直接转矩控制系统,.,5.2直接转矩控制系统,5.2.1定子磁链矢量空间位置检测由直接转矩控制系统框图可知，系统运行需要知道定子磁链幅值、转矩大小、定子磁链所在的区间号。这里不需要知道的确切角度位置，只需要知道其所在的区间即可，因此不需用三角函数计算，仅利用比较器就可以完成。,.,5.2直接转矩控制系统,5.2.2定子磁链和电磁转矩估计1.电压-电流模型法估计定子磁链由定子电压方程可得：写成分量式：一般情况下，上述模型中的电流值采用传感器测量，电压值根据逆变桥的开关状态和直流母线电压计算得到。,.,5.2直接转矩控制系统,离散化：分量式：电压-电流模型法存在的问题：（1）低频时，定子电压很小，定子电阻压降占主导地位，电阻参数会随温度的变化而变化，对积分结果影响很大；（2）低频时，定子电压很小，逆变器开关管的管压降和死区时间引起的电压误差对电压的计算产生较大影响；（3）实际检测定子电压和电流时，会产生幅值偏差和相位偏差，从而导致积分器的误差累计和直流温漂问题。,.,5.2直接转矩控制系统,2.电流-速度模型法估计定子磁链由转子电压方程和定转子磁链方程可得：,.,5.2直接转矩控制系统,写成分量式：,.,5.2直接转矩控制系统,用框图表示：,.,5.2直接转矩控制系统,电流-速度模型法存在的问题：与电压-电流模型法相比，电流-速度模型中不含定子电阻，因此不受定子电阻变化的影响。但此模型中利用了转子时间常数及定、转子电感值，这些参数在温度和磁路饱和度发生变化时变化较大。因电机高速运行时温度和磁路饱和度易发生变化，所以一般来讲，低速段用电流-速度模型，高速段用电压-电流模型，但这两个模型的平滑切换比较困难，因此将两种模型结合在一起，得到电压-速度模型。,.,5.2直接转矩控制系统,3.电压-速度模型法估计定子磁链将前面两个模型结合起来，并加上电流方程,.,5.2直接转矩控制系统,用框图表示：,.,5.2直接转矩控制系统,框图中点画框I构成电压-电流模型，点画框II和III构成电流-速度模型。因此电压-速度模型本质上是电压-电流模型与电流-速度模型的串联。此模型中用到的电流值是估算