交流電力牽引系統(tǒng)5(直接轉(zhuǎn)矩控制)2016

1、城市軌道車輛電力牽引與控制城市軌道車輛電力牽引與控制 交流牽引電機(jī)暫態(tài)控制交流牽引電機(jī)暫態(tài)控制城市軌道交通學(xué)院城市軌道交通學(xué)院主要內(nèi)容主要內(nèi)容三相交流異步電機(jī)暫態(tài)數(shù)學(xué)模型三相交流異步電機(jī)暫態(tài)數(shù)學(xué)模型按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制按定子磁場定向的直接轉(zhuǎn)矩控制按定子磁場定向的直接轉(zhuǎn)矩控制1234交流傳動(dòng)主回路交流傳動(dòng)主回路 不同于矢量控制技術(shù)，直接轉(zhuǎn)矩控制有著自己的特點(diǎn)，它在很大程度上解決了矢量控制中計(jì)算復(fù)雜、特性容易受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響、實(shí)際性能難以達(dá)到理論分析結(jié)果的一些重要技術(shù)問題。它以自己新穎的控制思想，簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)性能受到了普遍的關(guān)注并得到了迅速的

2、發(fā)展。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的誕生與發(fā)展3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 矢量控制技術(shù)模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，以轉(zhuǎn)子磁場定向，用矢量變換的方法，實(shí)現(xiàn)了對交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制的完全解耦。然而，在實(shí)際上由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，并且系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，以及在模擬直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理論分析的結(jié)果。這是矢量控制技術(shù)在實(shí)踐上的不足之處。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的誕生與發(fā)展3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 實(shí)際表明，采用直接轉(zhuǎn)矩控制的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速，電機(jī)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(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)小得多。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

3、有： 直接轉(zhuǎn)矩控制是直接在定子坐標(biāo)下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。不需要與直流電機(jī)進(jìn)行比較、等效、轉(zhuǎn)化；所以不需要為解耦而簡化交流電動(dòng)機(jī)模型，省掉了坐標(biāo)變換。 采用空間矢量的概念來分析三相交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型和控制各物理量，使問題變的簡單明了。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的誕生與發(fā)展3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 強(qiáng)調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直接控制效果。其控制方式是，通過轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器把轉(zhuǎn)矩檢測值與轉(zhuǎn)矩給定值做滯環(huán)比較，把轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制在一定的容差范圍內(nèi)，容差大小由頻率調(diào)節(jié)器來控制。因此，他的控制效果不取決于電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是否能簡化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況。 總之，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，用空間矢量的

4、分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場定向，借助離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)產(chǎn)生PWM信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的誕生與發(fā)展3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制1、異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩模型 在DSC中，采用空間矢量的數(shù)學(xué)分析方法，在電機(jī)的定子坐標(biāo)系上描述異步電動(dòng)機(jī)，這使問題變得特別簡單、清晰。(eimssssTKii） 由此構(gòu)成的轉(zhuǎn)矩觀測模型。以定子磁鏈?zhǔn)噶繛榛鶞?zhǔn)的優(yōu)越性是，在定子坐標(biāo)系中計(jì)算定子磁鏈，受電機(jī)參數(shù)影響最?。ㄖ皇芏ㄗ与娮璧挠绊懀?，而且定子電流可以直接測取。3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制2、異步電動(dòng)機(jī)的磁鏈模型異步電動(dòng)

5、機(jī)的定子磁鏈可以根據(jù)下式來確定：ssssssssssssse dti Rdti Rdti Rdt （u）（u）（u） 優(yōu)點(diǎn):在計(jì)算過程唯一用到的參數(shù)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(jì)算出定子磁鏈后，再帶入轉(zhuǎn)矩模型，就可以計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 由磁鏈模型可知，用兩個(gè)積分器便可計(jì)算電機(jī)磁鏈，但實(shí)現(xiàn)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(jī)轉(zhuǎn)速和頻率的降低，積分器誤差增大。 （2）隨電機(jī)轉(zhuǎn)速和頻率的降低，端電壓模值減小，由定子壓降項(xiàng)補(bǔ)償不準(zhǔn)確帶來的誤差就越大。

6、（3）電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，端電壓為0，無法通過上式進(jìn)行磁鏈，也無法建立初始磁鏈。 借助于電機(jī)的電流模型可以解決上述問題。 3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制電壓模型：ssssssssi Rdti Rdt（u）（u）電流模型：rrrm srrrrrrm srrrdTL iTdtdTL iTdtsrssrsL iL i 兩個(gè)模型必須配合使用，高速時(shí)用電壓模型，低速時(shí)用電流模型。 電流模型用定子電流計(jì)算磁鏈，但精度與轉(zhuǎn)速有關(guān)，也受電機(jī)參數(shù)，特別是轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的影響，在高速時(shí)不如電壓模型。3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 電壓模型和電流模型進(jìn)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(nèi)都實(shí)用的高精度磁鏈模

7、型，稱為u-n模型，也叫電動(dòng)機(jī)模型。u-n模型由定子電壓和轉(zhuǎn)速來獲取定子磁鏈。它綜合了電壓模型和電流模型的特點(diǎn)。ssssssssi Rdti Rdt（u）（u）rrrm srrrrrrm srrrdTL iTdtdTL iTdtsrssrsL iL i3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制逆變器的八種開關(guān)狀態(tài)和逆變器的電壓方程 一臺(tái)電壓性逆變器如圖，由三組六個(gè)開關(guān)組成，一組橋臂上下開關(guān)反向，即一個(gè)接通一個(gè)斷開，所以三組開關(guān)有8種開關(guān)組合。 若規(guī)定ABC三相負(fù)載的某一相與“+”接通時(shí)，該相開關(guān)狀態(tài)為“1”，反之，與“-”接通時(shí)，為“0”態(tài)。則八種可能的開關(guān)狀態(tài)如表。ASBSCSASBSCSdUABC03

8、直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制逆變器的八種開關(guān)狀態(tài)和逆變器的電壓方程3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制逆變器的八種開關(guān)狀態(tài)和逆變器的電壓方程3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制電壓空間矢量與磁鏈空間矢量的關(guān)系電壓空間矢量與磁鏈空間矢量的關(guān)系定子磁鏈與定子電壓之間的關(guān)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(guān)系。3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 磁鏈空間矢量的頂點(diǎn)會(huì)按照與電壓空間矢量相平行的方向，沿矢量軌跡運(yùn)動(dòng)。 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(dāng)?shù)臅r(shí)刻依次給出定子電壓空間矢量

9、電壓空間矢量與磁鏈空間矢量的關(guān)系電壓空間矢量與磁鏈空間矢量的關(guān)系3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制電壓空間矢量對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的影響電壓空間矢量對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的影響轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速度，從而改變定、轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐g的夾角，達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。 如果在某一時(shí)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(dòng)，而轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量繼續(xù)以同步速度旋轉(zhuǎn)，則磁通角減小，從而轉(zhuǎn)矩減小。3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制電壓空間矢量的正確選擇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(gè)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

10、時(shí)刻的選擇。 區(qū)段S1分別向三相坐標(biāo)系三軸投影，得到該區(qū)段內(nèi)三個(gè)磁鏈分量。其中，在整個(gè)區(qū)段內(nèi)， 保持正的最大值， 從負(fù)的最大值變到0， 從零變到負(fù)的最大值。ABCC123456S1S2S3S4S5S6ABABCsu電壓空間矢量的正確選擇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(gè)施密發(fā)器用磁鏈給定值分別與三個(gè)磁鏈分量進(jìn)行比較。當(dāng) 上升到正的磁鏈給定時(shí)，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(guān)信號 的時(shí)序圖，同理可以得到 時(shí)序圖。 磁鏈開關(guān)信號可以很方便地構(gòu)成電壓開關(guān)信號，其關(guān)系為：sgASASABSCS電壓空間矢量的正確選擇電壓空間矢量

11、的正確選擇sgsgACSsgsgBBSsgsgAASsgACBACBSS USS USS U電壓空間矢量的正確選擇電壓空間矢量的正確選擇 由以上分析得到了電壓開關(guān)狀態(tài)順序的正確選擇。所得電壓開關(guān)狀態(tài)的順序是011-001-101-100-110-010，正好對應(yīng)于六邊形磁鏈的六個(gè)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(shí)針旋轉(zhuǎn)的正六邊形磁鏈軌跡。 同時(shí)解決了所選用空間矢量給出時(shí)刻的問題。這個(gè)時(shí)刻就是磁鏈分量達(dá)到磁鏈給定值的時(shí)刻。011001101100110010000111ssssssssuuuuuuuu（） （） （） （） （） （）

12、 （） （）電壓空間矢量的正確選擇電壓空間矢量的正確選擇 前面我們闡述了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本概念、基本控制原理。所謂“直接轉(zhuǎn)矩控制” ，其本質(zhì)是：在異步電動(dòng)機(jī)定子坐標(biāo)系中，采用空間矢量的數(shù)學(xué)分析方法，直接計(jì)算和控制電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 一臺(tái)電壓型逆變器處于某一工作狀態(tài)時(shí)，定子磁鏈軌跡沿著該狀態(tài)所對應(yīng)的定子電壓矢量方向運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)。如果要改變定子磁鏈?zhǔn)噶康男D(zhuǎn)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(zhuǎn)不同。利用轉(zhuǎn)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，

13、從而改變磁鏈個(gè)平均旋轉(zhuǎn)速度的大小，也就改變了磁通角的大小，達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。轉(zhuǎn)矩、磁鏈閉環(huán)控制所需要的反饋控制量由電動(dòng)機(jī)定子側(cè)轉(zhuǎn)矩、磁鏈觀測模型計(jì)算給出。3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制2/312/32/3UTIMAZSseseAMMUCTDMCAMCTQssABCsgASBSCSCSUASUBSUA B CAiBiCiAuCususuisRsRsisieigTeifT3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制1、直接轉(zhuǎn)矩控制的基本結(jié)構(gòu)DMC：磁鏈自控制單元。輸入量是定子磁鏈在 三相坐標(biāo)系上的三相分量 。其參考信號是磁鏈給定值 。通過三個(gè)施密特觸發(fā)器得到磁鏈開關(guān)信號，再經(jīng)過關(guān)系轉(zhuǎn)換、反向后變成電壓狀態(tài)信

14、號直接去控制逆變器UI，輸出相應(yīng)的電壓空間矢量。3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制UCT：坐標(biāo)變換單元。輸入量是定子磁鏈在 坐標(biāo)系上的分量。輸出是三個(gè) 磁鏈分量。 （2S/3S)31223122ABCsssss 123456S1S2S3S4S5S6ABABCsu3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制AMM：磁鏈模型單元。輸入量是定子電動(dòng)勢在 坐標(biāo)系上的分量，輸出量為磁鏈在 坐標(biāo)系上的分量。ssssssssssssse dti RdtiRdtiRdt（u）（u）（u）3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制AZS:零狀態(tài)選擇單元。 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器ATR的輸出信號TQ控制開關(guān)S接通零狀態(tài)選擇單元AZS提供的零電壓信號，把零電壓加

15、到電動(dòng)機(jī)上，使定子磁鏈停止不動(dòng)，磁通角減小，轉(zhuǎn)矩減小。3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制AMC：轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元。(eimssssTKii）輸入量為AMM的輸出量 以及被測量sssisi3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制2、弱磁過程中的轉(zhuǎn)矩特性 如果改變磁鏈給定值的大小，就可以任意調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子磁鏈的幅值，達(dá)到弱磁調(diào)速的目的。 在弱磁時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式，磁鏈減小，轉(zhuǎn)矩要減小。如何在弱磁過程中加大轉(zhuǎn)矩保持弱磁過程中的高動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩特性？3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制1sg2sgPP1t st rt 在“磁鏈自控制”中采用減小給定值的方法就能自動(dòng)做到這一點(diǎn)。具體分析： 弱磁前，磁鏈給定值為 ，定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈以相同的平

16、均角速度沿正六邊形軌跡逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如果在t1時(shí)刻，把磁鏈給定值減小到 ，則逆變器的開關(guān)狀態(tài)在t1時(shí)刻應(yīng)該這樣改變，即使得定子磁鏈空間矢量的頂點(diǎn)由 點(diǎn)直接向P點(diǎn)移動(dòng)。此時(shí)由于轉(zhuǎn)子不直接受切換的影響，因此仍保持其原正六邊形的運(yùn)動(dòng)軌跡。定子磁鏈從t1時(shí)刻開始由 拐點(diǎn)直接向P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。從 到P點(diǎn)之間的距離比起轉(zhuǎn)子磁鏈從t1時(shí)刻沿原六邊形的邊運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)之間的距離縮短了 距離。因此定子磁鏈比起轉(zhuǎn)子磁鏈較早達(dá)到P點(diǎn)。這就意味著定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈之間建立了一個(gè)角度的增量。相應(yīng)轉(zhuǎn)矩增大，達(dá)到了弱磁中增大轉(zhuǎn)矩的目的。1sg2sgPP3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制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

17、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(zhuǎn)速時(shí)的六邊形磁鏈的軌跡圖形。內(nèi)軌跡圖是0.05倍額定空載轉(zhuǎn)速的軌跡圖形。外軌跡是一個(gè)近似得很好的正六邊形，內(nèi)軌跡則扭曲得很厲害。事實(shí)上，在大于30%額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，定子電阻壓降對定子磁鏈的影響很小。而在低速時(shí)，其影響會(huì)增大。0.05nsN時(shí)磁鏈軌跡（內(nèi)軌跡圖）0.5nsN時(shí)磁鏈軌跡（外軌跡圖）3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 根據(jù)上節(jié)提出的直接轉(zhuǎn)矩控制的基本結(jié)構(gòu)，經(jīng)過擴(kuò)充和完善，可以得到一個(gè)比較完整的異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速檢測器ABC轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器磁鏈幅值構(gòu)成頻率調(diào)節(jié)器2/3磁鏈自控單元轉(zhuǎn)矩模型定子磁鏈模型零狀態(tài)磁鏈

18、調(diào)節(jié)器開關(guān)信號選擇單元IGBT逆變器2/32/3IMnfngffffni u eifTeigTmABCsfsgS A B CiS A B CuASRATRAMRA RQABCS ATRUI3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)組成部分：磁鏈自控制轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)磁鏈調(diào)節(jié)開關(guān)信號選擇開關(guān)頻率調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 1、定子磁鏈沿六邊形軌跡正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)各信號之間的關(guān)系磁鏈自控制磁鏈自控制 任務(wù)：識(shí)別磁鏈運(yùn)動(dòng)軌跡的區(qū)段，給出正確的磁鏈開關(guān)信號，以產(chǎn)生相應(yīng)的電壓空間矢量，控制磁鏈按六邊形運(yùn)動(dòng)軌跡正確地旋轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)時(shí)反轉(zhuǎn)時(shí)ACBACBSS USS USS UCAABBCSS USS

19、 USS U3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制磁鏈自控制磁鏈自控制2、磁鏈開關(guān)信號正確選擇的實(shí)現(xiàn) 反轉(zhuǎn)時(shí)，如果僅根據(jù)上面的反轉(zhuǎn)信號之間的關(guān)系，直接進(jìn)行反轉(zhuǎn)，還存在有問題。 比如定子磁鏈在區(qū)段S5開始反轉(zhuǎn)，進(jìn)入的下個(gè)區(qū)段是S4,而施密特觸發(fā)器的當(dāng)輸入信號第一次到達(dá)閾值時(shí)，輸出相應(yīng)的信號，當(dāng)輸入信號第二次返回同一閾值時(shí)，則不起作用。為此必須采取措施，以實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)功能： 讓三個(gè)磁鏈分量倒相，然后改變相序，把 和 互換，就能得到負(fù)的坐標(biāo)系順時(shí)針旋轉(zhuǎn)所應(yīng)形成的磁鏈分量。BC3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制磁鏈自控制磁鏈自控制31223122ABCsssss 31223122ABCsssss （）（）AABCCB 磁

20、鏈自控制磁鏈自控制轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的直接控制。為了控制轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)必須具備兩個(gè)功能： 用轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器直接調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩 用P/N調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)方向。3 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)1、轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器（1）轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)過程 也是采用施密特觸發(fā)器，其容差為 且可調(diào)。當(dāng)實(shí)際值低于下限，輸出為“1”，得到相應(yīng)電壓空間矢量，使定子向前旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩上升。當(dāng)實(shí)際值高于上限，輸出為“0”。零電壓加到電動(dòng)機(jī)上，定子磁鏈不動(dòng)，轉(zhuǎn)矩減小。m轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩調(diào)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(yùn)行時(shí)，在 軸上的最大變化

21、量是 ，當(dāng)逆變器的直流電壓恒定且等于2E時(shí)，其 軸電壓分量也恒定，幅值為 4E/3。由磁鏈與電壓之間的積分關(guān)系得： 0042/336sTET0為定子磁鏈在空間運(yùn)行一周的時(shí)間003 3sTE理想空載角速度002329ssET定子磁鏈最大變化率為0max24336sET轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩調(diào)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(diǎn)“0”為中心，其頂點(diǎn)沿六邊形軌跡的水平邊旋轉(zhuǎn)。如果角速度恒定。則有Bss常數(shù)定子磁鏈旋轉(zhuǎn)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(dòng)為 12.5%

22、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)（4）有轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)所決定的逆變器頻率的估計(jì)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的容差決定逆變器開關(guān)頻率大小。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)頻率，也就是轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)決定的逆變器開關(guān)頻率，,max14smmf轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)2、P/N調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)磁鏈調(diào)節(jié)器磁鏈調(diào)節(jié)器1、磁鏈調(diào)節(jié)器 其結(jié)構(gòu)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，磁鏈調(diào)節(jié)器磁鏈調(diào)節(jié)器2、磁鏈電壓對轉(zhuǎn)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(zhuǎn)一個(gè)角度這種回轉(zhuǎn)隨接通的位置不同而不同。且會(huì)使得轉(zhuǎn)矩減小。 回轉(zhuǎn)的最大可能是在區(qū)段的末端，此時(shí)得到轉(zhuǎn)矩的

23、負(fù)波動(dòng)為3.5%。120u，磁鏈調(diào)節(jié)器磁鏈調(diào)節(jié)器C123456S1S2S3S4S5S6ABABCsu3、磁鏈幅值構(gòu)成單元 為了進(jìn)行磁鏈調(diào)節(jié)，必須檢測磁鏈量，這由磁鏈模值構(gòu)成單元完成。對于六邊形磁鏈由三個(gè)對稱貝塔分量構(gòu)成：0.5SABC對于圓形磁鏈，定子磁鏈模值為：22sSs電壓狀態(tài)的選擇電壓狀態(tài)的選擇 如何綜合磁鏈開關(guān)信號、轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號、磁鏈量開關(guān)信號以及正反轉(zhuǎn)P/N信號、零狀態(tài)電壓信號，以實(shí)現(xiàn)正確的電壓選擇。 如圖，集中表示了正轉(zhuǎn)磁鏈開關(guān)信號的順序、反轉(zhuǎn)磁鏈開關(guān)信號、與此相對應(yīng)的電壓開關(guān)信號、電壓狀態(tài)信號、電壓空間矢量和所對應(yīng)的區(qū)段。電壓狀態(tài)的選擇電壓狀態(tài)的選擇 以定子磁鏈P轉(zhuǎn)為例。設(shè)定子磁

24、鏈空間矢量位于區(qū)段S4，若轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號TQ=1,即要求增加轉(zhuǎn)矩，則給出電壓空間矢量uS4，此時(shí)的磁鏈開關(guān)信號為 ，電壓開關(guān)信號為 。若此時(shí)轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號不要求增加轉(zhuǎn)矩，而磁鏈開關(guān)信號要求增加磁鏈，即 ，則給出 磁鏈電壓，即電壓空間矢量us2 。相應(yīng)的磁鏈開關(guān)信號 ，電壓開關(guān)信號 。101PS 011SU 1Q120110PS 110SU 電壓狀態(tài)的選擇電壓狀態(tài)的選擇把每個(gè)區(qū)段的磁鏈開關(guān)信號和電壓開關(guān)信號列表，則有1) 轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號要求增加轉(zhuǎn)矩，正轉(zhuǎn)時(shí)的順序表。ABBCCAS USS USS US電壓狀態(tài)的選擇電壓狀態(tài)的選擇2)轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號要求增加轉(zhuǎn)矩，反轉(zhuǎn)時(shí)的順序表ACBACBS USS USS

25、 US電壓狀態(tài)的選擇電壓狀態(tài)的選擇 如果磁鏈開關(guān)信號要求磁鏈量增加，對于P運(yùn)轉(zhuǎn)，則磁鏈開關(guān)信號與電壓開關(guān)信號之間有這樣的順序關(guān)系。ACBACBS USS USS US電壓狀態(tài)的選擇電壓狀態(tài)的選擇 如果磁鏈開關(guān)信號要求磁鏈量增加，對于N運(yùn)轉(zhuǎn)，則磁鏈開關(guān)信號與電壓開關(guān)信號之間有這樣的順序關(guān)系。ABBCCAS USS USS US 綜合各種開關(guān)信號，開關(guān)信號選擇單元應(yīng)這樣來工作：由磁鏈自控制單元給出的磁鏈開關(guān)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(zhuǎn)。區(qū)段電壓的接通與否，由轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號控制。接通時(shí)，區(qū)段電壓成為轉(zhuǎn)矩電壓，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩加大，不接通時(shí)，零電壓被接通，定子磁鏈靜止，轉(zhuǎn)矩減小

26、。在保證轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的前提下，若磁鏈量減小了，則磁鏈量開關(guān)信號接通磁鏈電壓，以使磁鏈量增大，實(shí)現(xiàn)在沿六邊形軌跡運(yùn)動(dòng)的過程中，即調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，又調(diào)節(jié)磁鏈量。P/N信號控制正、反轉(zhuǎn)。電壓狀態(tài)的選擇電壓狀態(tài)的選擇最小開關(guān)持續(xù)時(shí)間最小開關(guān)持續(xù)時(shí)間 逆變器的開關(guān)功率器件，在開關(guān)狀態(tài)改變后，都有一個(gè)最小持續(xù)時(shí)間。只有滿足這個(gè)最小持續(xù)時(shí)間后，其開關(guān)狀態(tài)才能發(fā)生新的變化。最小持續(xù)時(shí)間會(huì)影響到電壓狀態(tài)的切換。檢查新的開關(guān)信號希望的開關(guān)狀態(tài)可能嗎？ 執(zhí)行當(dāng)前狀態(tài)是適當(dāng)?shù)牧銧顟B(tài)嗎？用適當(dāng)?shù)牧銧顟B(tài)代替所希望的開關(guān)狀態(tài)，單次的矛盾得到解決NYNY最小開關(guān)持續(xù)時(shí)間的監(jiān)視和實(shí)現(xiàn)用流程圖逆變器的開關(guān)頻率調(diào)節(jié)逆變器的開關(guān)頻率調(diào)節(jié) 在傳

27、統(tǒng)的脈寬調(diào)制PWM的控制方式中，逆變器的開關(guān)頻率都是按照實(shí)現(xiàn)給定好的模式確定的。而在直接轉(zhuǎn)矩控制的方法中，開關(guān)頻率是通過轉(zhuǎn)矩容差的寬度的調(diào)節(jié)來確定的。容差設(shè)定小，對于減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是有利的，但同時(shí)增加了逆變器的開關(guān)頻率。 逆變器的開關(guān)頻率受到兩個(gè)因素的影響：1）轉(zhuǎn)矩容差的大小；2）轉(zhuǎn)速的大小。 逆變器的開關(guān)頻率調(diào)節(jié)器保證逆變器在給定的開關(guān)頻率下工作。當(dāng)開關(guān)頻率超過給定頻率時(shí)增大容差。反之，則相反。逆變器的開關(guān)頻率調(diào)節(jié)逆變器的開關(guān)頻率調(diào)節(jié) 在PI調(diào)節(jié)器后面有一個(gè)限制單元AXZ。它的作用有兩個(gè)：1）在低速時(shí)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(gè)范圍內(nèi)逆變器的開關(guān)頻率小于給

28、定的開關(guān)頻率，則不必加調(diào)節(jié)和限制，可實(shí)行頻率開環(huán)控制，因?yàn)樗粫?huì)帶來害處。2）頻率調(diào)節(jié)作用。對應(yīng)于拐點(diǎn)以上（施加開關(guān)頻率達(dá)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(guān)持續(xù)時(shí)間的要求，結(jié)果會(huì)出現(xiàn)實(shí)際轉(zhuǎn)矩低于給定轉(zhuǎn)矩的現(xiàn)象，為了避免這種情況的發(fā)生，需要增大容差。在低速范圍內(nèi)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在低速范圍內(nèi)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)工作特點(diǎn)的不同，按轉(zhuǎn)速分為三個(gè)區(qū)域：低速范圍、高速范圍、弱磁范圍。按照不同的轉(zhuǎn)速范圍，劃分工作區(qū)域，確定相應(yīng)的控制與調(diào)節(jié)方法，這對于直接轉(zhuǎn)矩控制應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中是很重要的。高速范圍（指從30%100%額定轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速范

29、圍內(nèi)）的調(diào)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(zhuǎn)速以下的轉(zhuǎn)速范圍）內(nèi)DSC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行對比，首先將DSC系統(tǒng)高速范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)做一歸納和總結(jié)。在低速范圍內(nèi)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在低速范圍內(nèi)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、高速范圍的調(diào)節(jié)方案特點(diǎn)1）用電動(dòng)機(jī)模型檢測計(jì)算電動(dòng)機(jī)電磁模型。2）用磁鏈自控制環(huán)節(jié)內(nèi)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(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)；4）磁鏈兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)；5）六邊形磁鏈軌跡。在低速范圍內(nèi)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在低速范圍內(nèi)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2、低速范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 低速范圍內(nèi)，由于轉(zhuǎn)速低（包括零轉(zhuǎn)速）、定子電阻壓降影響大等特點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)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(shí)保持轉(zhuǎn)矩和磁鏈基本不變等。為此要求在控制方法做相應(yīng)考慮。在低速范圍內(nèi)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在低速范圍內(nèi)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)低速范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)方案有如下特點(diǎn)：1）用電動(dòng)機(jī)模型檢測計(jì)算電動(dòng)機(jī)磁鏈和