磁鏈區間細分控制在dtc系統中的應用

黃禎祥，郭延文，廖劍霞，鄧懷雄，周  書

(湘潭大學，湖南湘潭411100)

    摘要：針對直接轉矩控制系統中電壓矢量對定子磁鏈幅值和磁通角的影響，指出了傳統開關控制表所存在的缺陷。在傳統直接轉矩控制的基礎上，分析了磁鏈區間細分控制的控制策略及其實現方法，該方法有效地避免了定子磁鏈幅值和磁通角變化相矛盾時對系統轉速與轉矩的不利影響。仿真結果表明該控制方案是可行的，能使系統起動響應速度加快，并具有良好的轉速與轉矩控制性能，提高了系統的穩定性與對定子磁鏈相位角的魯棒性。

    關鍵詞：直接轉矩控制；磁鏈區間細分控制：電壓矢量

中圖分類號：tm34  文獻標識碼：a  文章編號：1004-7018(2008)07-0050-03

 

 

    o引  言

 

    傳統直接轉矩控制系統在實際運行中，其基本控制方法通常是保持定子磁鏈幅值為額定值，通過電壓矢量來控制定子磁鏈的平均旋轉速度以改變磁通角的大小，達到控制電磁轉矩的調節[1,2]。這種控制方法的前提是電壓矢量的變化對定子磁鏈幅值不產生改變，或者即使產生改變也與磁通角的變化趨勢不應相矛盾。事實上，電壓矢量變化時，定子磁鏈幅值也會跟著變化，在一定條件下它的變化會和磁通角的變化趨勢相矛盾。為避免這一現象的產生，傳統控制中常采用舍棄那些引起定子磁鏈幅值和磁通角的變化趨勢相矛盾的電壓矢量，從而使得控制性能不能象期望的一樣達到****。本文在分析引起定子磁鏈幅值和磁通角的變化趨勢相矛盾的基礎上，提出采用磁鏈區間細分控制的直接轉矩控制方案，通過仿真實驗驗證了其可行眭。

 

    1 電壓矢量對定子磁鏈幅值和磁通角的影響

 

    對異步電動機而言，在忽略定子電阻壓降的情況下，定子磁鏈與定子電壓的關系為：

 

 

    由式(1)可知，定子磁鏈矢量頂點的運動方向和軌跡對應于當時所施加的電壓矢量的作用方向,通過控制逆變器輸出的電壓矢量可實現對定子磁鏈矢量幅值與方向以及磁通角大小的改變。定子磁鏈的理想軌跡是以定子磁鏈矢量幅值為半徑的標準圓形。電壓矢量對定子磁鏈幅值與磁通角的影響效果如表1所示，電壓矢量與定子磁鏈分區如圖1所示，零矢量使定子磁鏈按自身規律自由衰減和減小磁通角。

 

 

    2 傳統開關表的缺陷

 

    在異步電動機的直接轉矩控制系統中，電機輸出的電磁轉矩由下式確定：

 

 

    由式(2)可知，在直接轉矩控制系統中，電磁轉矩的增減變化是由定子磁鏈幅值與磁通角兩者的增減變化決定的(轉子磁鏈以同步角速度沿圓形軌跡旋轉，其幅值由負載決定)，通過上述分析知道，任何一個電壓矢量都同時引起定子磁鏈幅值和磁通角產生變化，兩者變化的趨勢決定了電磁轉矩的變化趨勢。尤其當兩者變化相矛盾時，變化快的一個則起主要作用。目前直接轉矩控制大都采用bang-bang控制，即磁鏈控制器采取兩點式滯環比較器，轉矩控制器采取三點式滯環比較器，傳統開關狀態表如表2所示。

 

 

    表2的建立是有一定的前提條件的，也就是說要求初始磁通角必須小于60°[3]。該開關表至少存在以下方面的缺陷：一是在任一扇區內可利用的電壓矢量減少為四個，對電壓矢量的****選擇造成了影響。如1扇區內u3、u6對定子磁鏈幅值和磁通角的增減變化不一致進行了舍棄；二是在初始磁通角大于60°的情況下，開關表的某些電壓矢量對電磁轉矩的實際影響與開關表所期望的效果相矛盾。如1扇區內電壓矢量u4的作用，在開關表中u4是起增大轉矩的作用的，但是當初始磁通角大于60°時，可分析出它的作用是減小轉