異步電機直接轉矩控制的ISR方法研究

1 引言

目前，矢量控制（vc）和直接轉矩控制（dtc）已經被人們公認為是高性能的交流變頻調速技術。矢量控制系統(tǒng)采用轉子磁鏈定向，實現(xiàn)了定子電流轉矩分量與磁鏈分量的解耦，可以按線性理論分別設計轉速與磁鏈調節(jié)器（一般采用pi調節(jié)器），實行連續(xù)控制，從而獲得較寬的調速范圍，但系統(tǒng)易受轉子參數變化的影響。直接轉矩控制系統(tǒng)則舍去比較復雜的旋轉坐標變換，直接在定子靜止坐標系上，計算電磁轉矩和定子磁鏈，并用雙位式bang-bang控制對轉矩和磁鏈進行調解，受電機參數影響較小，轉矩響應快，但由于bang-bang控制本身屬于p控制，不可避免地產生轉矩脈動，影響系統(tǒng)低速性能。本文介紹的isr（indirekte selbst regelung）控制策略能有效地減小直接轉矩控制中轉矩的脈動，具有良好的低速性能及動、靜態(tài)特性。

2 異步電動機動態(tài)模型

在定子兩相靜止坐標系(α，β)中的異步電動機電壓方程及電磁轉矩方程可表示為：

uαs=rsiαs+pψαs (1)

uβs=rsiβs+pψβs (2)

(3)
其中:uαs，uβs，iαs，iβs，ψαs，ψβs分別是α，β坐標系下定子側電壓，電流，磁鏈的α，β軸分量：rs為定子電阻；np為電機極對數；p為微分算子；為電機漏電感為常數；θ為定子磁鏈與轉子磁鏈的夾角。

由式（1）、（2）式我們可以得到定子兩相靜止坐標系下定子磁鏈可表示為：

(4)
　(5)

直接轉矩控制的主電路圖如圖1所示。



圖1 直接轉矩控制主電路圖

其中逆變器的8種開關狀態(tài)對應了8組電壓矢量，如表1所示[1]。

表1 電壓矢量表



表2 逆變器電壓矢量選擇表



為了方便控制定子磁鏈和電磁轉矩，我們把磁鏈空間矢量劃分為6個均等的區(qū)域，劃分原則是：

(6)

k為扇區(qū)號，k=1,2,3,4,5,6，如圖2所示。在每個扇區(qū)內針對磁鏈和轉矩的不同情況選擇不同的電壓矢量。圖3 為bang-bang控制方案。



圖2 扇區(qū)及電壓矢量圖



圖3 bang-bang控制