交流电力牵引系统5(直接转矩控制)2016分析.ppt

在低速范围内直接转矩控制系统的结构特点 2、低速范围内的结构特点 低速范围内，由于转速低（包括零转速）、定子电阻压降影响大等特点，会产生一些需要解决的问题，如磁链波形畸变、在低定子频率及至零频时保持转矩和磁链基本不变等。为此要求在控制方法做相应考虑。 在低速范围内直接转矩控制系统的结构特点 低速范围内的调节方案有如下特点： 1）用电动机模型检测计算电动机磁链和转矩。 2）为了改善转矩动态性能，对定子磁链空间矢量要实现正反向变化控制； 3）转矩调节器和磁链调节器的多功能协调工作； 4）用符号比较器确定区段； 5）调节每个区段的磁链量； 6）圆形磁链轨迹（15%以下）与六边形磁链轨迹（15~30%）： 7）每个区段上，有四个工作电压状态和两个零电压状态的使用和选择 本节将进一步分析各种电压状态所能起的更多的作用。 逆变器的六个可能的工作电压状态输出六个工作电压空间矢量。由于定子磁链空间矢量的运动方向由电压空间矢量的方向确定，所以磁链只能在这六个方向上运行。磁链的任何其他方向的运行，都只能通过多个电压空间矢量的组合来实现。 区段的电压状态选择 六边形磁链轨迹的调节方案，是的调节结构很简单。在每个区段值需要两种电压状态：区段的工作电压状态和零电压状态。用一个双值输出的调节器分别控制接通“工作电压”或“零电压”就够了。在DSC控制中，这种控制信号由转矩两点式调节器提供。 如果要在区段内改变定子磁链的方向，则必须增加区段内所需的电压状态的数目，配合转矩调节器、磁链调节器、P/N调节器、磁链自控制单元等，提供相应的电压开关信号，通过电压空间矢量的不同组合方式，实现不同的调节目的。用多个电压空间矢量组合的办法，还能实现近似圆形磁链轨迹的运行方式。只要每个区段中的电压状态的数目足够多，圆形磁链轨迹就能得到很好的近似，当然，此时调节器的输出状态也将增加。 区段的电压状态选择 区段的电压状态选择 对定子运动轨迹的每个区段，可以利用的电压空间矢量有四个，代表这定子磁链四个有意义的方向。 如区段S4中定子磁链的四个有意义的变化方向和电压状态如图： 1 2 3 4 5 6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 区段的电压状态选择 一般情况下不存在只改变转矩，或者只改变此联两的电压状态。但对于六变形磁链轨迹的零度电压状态，则是一个例外。他只增加转矩，而不影响磁链量。而其它电压状态，他们既影响转矩，又影响磁链量。因此，在调节中采取磁链量和转矩彼此分离的调节结构是没有意义的。采用各种电压的组合方案，配合使用零电压状态，同时遵循最小开关持续时间的要求和最少开关次数的原则，就能更好地实现转矩和磁链控制完成DSC控制的要求。 3 直接转矩控制  2、弱磁过程中的转矩特性 如果改变磁链给定值的大小，就可以任意调节电动机定子磁链的幅值，达到弱磁调速的目的。 在弱磁时，根据转矩公式，磁链减小，转矩要减小。如何在弱磁过程中加大转矩保持弱磁过程中的高动态转矩特性？ 3 直接转矩控制  在“磁链自控制”中采用减小给定值的方法就能自动做到这一点。具体分析： 弱磁前，磁链给定值为 ，定子磁链与转子磁链以相同的平均角速度沿正六边形轨迹逆时针旋转。如果在t1时刻，把磁链给定值减小到 ，则逆变器的开关状态在t1时刻应该这样改变，即使得定子磁链空间矢量的顶点由 点直接向P点移动。此时由于转子不直接受切换的影响，因此仍保持其原正六边形的运动轨迹。定子磁链从t1时刻开始由 拐点直接向P点运动。从 到P点之间的距离比起转子磁链从t1时刻沿原六边形的边运动到P点之间的距离缩短了 距离。因此定子磁链比起转子磁链较早达到P点。这就意味着定子磁链和转子磁链之间建立了一个角度的增量。相应转矩增大，达到了弱磁中增大转矩的目的。 3 直接转矩控制  3、定子电阻压降对定子磁链幅值的影响 定子电阻电压对定子磁链的影响见图。 图中外轨迹图是0.5倍的理想额定控制转速时的六边形磁链的轨迹图形。内轨迹图是0.05倍额定空载转速的轨迹图形。外轨迹是一个近似得很好的正六边形，内轨迹则扭曲得很厉害。事实上，在大于30%额定转速范围内，定子电阻压降对定子磁链的影响很小。而在低速时，其影响会增大。 0.05nsN时磁链轨迹（内轨迹图） 0.5nsN时磁链轨迹（外轨迹图） 3 直接转矩控制  根据上节提出的直接转矩控制的基本结构，经过扩充和完善，可以得到一个比较完整的异步电动机直接转矩控制的变频调速系统。 转速 检测器 转速 调节器 转矩 调节器 磁链幅 值构成 频率 调