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电机直接转矩控制技术的研究现状与展望摘要:直接转矩控制技术是目前一种先进的异步电动机变频调速新技术。
它以转矩响应快、结构简单、鲁棒性好等一系列优点备受关注，但仍有许多问题阻碍其未来的发展。
本文从总结综述了直接转矩控制技术的国内外研究现状，分析了直接转矩控制的控制原理,并讨论了其存在的缺陷,提出了相应的改进措施，在此基础上对其未来发展趋势进行了总结，为直接转矩控制技术的进一步发展提供参考。
关键词：直接转矩控制；研究现状；控制原理；改进措施；展望1.引言随着计算机科技和自动控制技术的发展，工业生产对自动化控制的需求越来越大，交流调速技术也被不断地改造和创新，其中以定子磁链为控制对象的电机直接转矩控制技术（DTC)受到人们的广泛重视。
凭借其简明的系统结构，优良的静态、动态性能，直接转矩控制技术得到了迅速的发展。
直接转矩控制与普通的矢量控制相比较而言，不需要进行旋转3/2变换和脉宽调制，在简化控制算法的同时便可实现转矩的快速响应,简便地得到各相输出电压。
所以，直接转矩控制技术是目前应用最广泛的交流调速技术，其未来会向着高频化方向发展, 与智能控制相结合，进一步提高控制性能和稳定性，使交流调速系统的性能出现本质上的提高。
把握直接转矩控制技术的未来发展方向对于我国实现高性能变频调速技术的弯道超车具有重要意义。
本文从直接转矩控制技术的国内外研究现状、核心控制技术和改进方案三个方面进行分析综述，并对其未来的技术发展方向进行了总结。
1.国内外研究现状直接转矩理论由德国学者M. Depenbrock教授首次提出。
直接转矩控制在不解耦的情况下简化了交流电机的数学模型，降低了环境参数对控制的影响。
尤其是在大功率机车中，若定子磁链控制成六边形，功率管的切换次数减少，则可大大改善电力电子器件的发热性能。
定子磁链呈六边形方案控制虽然简单，但能够使得电机的电磁转矩脉动加大。
在大功率的牵引机车中，由于较大惯性的存在，转矩脉动能被大惯量滤去，转速不会出现明显波动；在大功率机车中，如果采用六边形定子磁链控制，可以减少功率管的开关次数，大大提高功率电子器件的热性能。
科技创新Sci ent i f ic and T e chnol ogi cal I nnova t i on 雷藏逊墅现代交流调速技术的应用和发展邓孝祥刘远义孟娇茹(黑龙江科技大学黑龙江哈尔滨150027)摘要十九世纪交流调速技术的出现，与直流调速技术相媲美，但由于直流调速技术的性能要比交流调速技术的性能要好得多。
所以交流调速技术无法取代传统的直流调速技术在电气传动领域中的地位。
随着科学技术的不断发展，促进了交流调速技术的发展，推动了现代交流调速技术的应用与发展，目前，现代交流调速技术已有超越直流调速技术的发展趋势。
关键词交流调速技术直流调速技术应用和发展中图分类号：TM921．5文献标识码：AA ppl i cat i on and D evel opm ent of M oder n A C V ar i abl e Speed T ec hnol ogyD E N G X i aoxi ang．L I U Y ua nyi，M E N G J i aor u(H ei l ongj i ang U ni ver s i t y of Sci ence and Technol ogy,H arbi n，H ei l ongj i ang150027)A bs t r act A C va r i a bl e s peed o ccu r s i n t he ni ne t ee nt h cen t ur y,com p ar ab l e t o D C conver s i on t echnol ogy,but becaus e oft ec hni c alper f orm ance D C s peed t ha n A C va r i a bl e s peed per for m ance is m uc h be t t e r,SO t he t echnol ogy c an not re pl ac e t he t r adi t i onal A C va r i abl e s peed O C dr i ve t e chni ca l posi t i on i n t he f i el d of el e ct r i c dr i ve．W i t h t he cont i nuous devel opm ent ofs c i e nce and t ec hnol ogy,pr om o t i ng t he devel opm en t of A C va r i a bl e s peed t echnol ogy,t o pr om ot e t he appl i ca t i on and devel opm entof m odem A Cva r i abl e s peed t echnol ogy,at pres ent,has been beyond t he m od em A C va r i a bl e s peed D C c o nver t e r t echnol ogy t r ends．K ey w or ds A C va r i abl e s peed t echnol ogy；D C c o nve r t e r t echnol ogy；appl i cat i on and devel o pm ent1现代交流调速技术的应用1．1变级调速系统的应用所谓变级调速就是有效调节旋转磁场使其运行速度一致，这是最简单的调节方法。
交流调速技术新的发展动向直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。
在20世纪的大部分时期内，鉴于直流传动具有优良的控制性能，一般高性能的可调速的传动均采用直流电机。
20世纪70年代以来，随着电力电子技术和控制理论的高速发展，交流电机的控制技术取得了突破性进展，高性能的异步电动机调速系统正在得以广泛的应用。
由于交流电动机是多变量，强耦和的非线形系统，与直流电机相比，要实现良好的转矩控制是非常困难的。
德国工程师首先提出异步电动机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题，到80年代，发展到直接转矩控制，原理是把电机和逆变器看作一个整体，采用空间矢量分析方法在定子坐标系进行磁通，转矩计算，通过磁通跟踪器PWM的逆变器的开关状态直接控制转矩，无须对定子电流进行解耦，免去矢量变换的复杂计算，控制结构简单。
随着新型功率器件的产生，微处理器的高速化以及现代控制理论的发展，各种新型控制方式不断出现。
下面介绍目前变频器的几种技术发展动向。
1．无速度传感器矢量控制的发展早期的无速度传感器多采用电压，电流信号构成速度观测器，后来采用磁通观测器模型，使力矩特性更好。
最新的无速度传感器产品则用电压电流模型和磁通模型构成速度观测器，在不同的速度区段，利用切换的办法取得更好的速度观测效果，称为双观测矢量控制系统。
此外，采用高速CPU芯片，信号处理更快，使系统在极低的转速下也能够获得良好的转矩特性与高速响应。
2．电机参数自检测，自整定技术高性能矢量控制变频器运行前需要进行电机参数的检测。
早期变频器执行此功能时，首先需把电动机和机械脱开，才让电机旋转，按预先设定的程序运转，记录定子电压和电流，对电动机参数进行自动整定，此方法称为“旋转自检测”。
新开发的“停车自检测”，电动机可在不旋转的状态下测量，其原理在于只让幅值变化的三相交流电压加于电动机的绕组上，基于电动机的等值电路对电动机主要参数进行精确的测算，连“旋转自检测”不能测量的漏电感参数也可以测出，因此控制性能得到提高。
1 现代交流调速技术的发展20 世纪60 年代中期,德国的A Schonung 等人率先提出了脉宽调制变频的思想,他们把通信系统中的调制技术推广应用于变频调速中,为现代交流调速技术的发展和实用化开辟了新的道路。
从此,交流调速理论及应用技术大致沿下述四个方面发展。
1. 1 电力电子器件的蓬勃发展电力电子器件是现代交流调速装置的支柱,其发展直接决定和影响交流调速技术的发展。
迄今为止,电力电子器件的发展经历了分立换流关断器件(第一代) →自关断器件(第二代) →功率集成电路PIC(第三代) →智能模块IPM(第四代) 四个阶段。
20 世纪80 年代中期以前,变频装置功率回路主要采用晶闸管元件。
装置的效率、可靠性、成本、体积均无法与同容量的直流调速装置相比。
20 世纪80 年代中期以后用第二代电力电子器件GTR ( Giant Transistor) 、GTO ( Gate TurnOff thyistor) 、VDMOS - IGBT( Insulated Gate Bipolar Transis2tor) 等创造的变频装置在性能与价格比上可以与直流调速装置相媲美。
随着向大电流、高电压、高频化、集成化、模块化方向继续发展,第三代电力电子器件是20 世纪90 年代制造变频器的主流产品, 中、小功率的变频调速装置( 1 —100kw) 主要是采用IGBT , 中、大功率的变频调速装置(1000 —10000kw) 采用GTO 器件。
20 世纪90 年代至今,电力电子器件的发展进入了第四代。
主要实用的第四代器件为: (1) 高压IGBT 器件, (2) IGCT( Insulated Gate ControlledTransistor) 器件, (3) IEGT ( Injection Enhanced Gate Transis2tor) 器件, (4)SGCT(Symmetrical Gate Commutated Thyristor)器件。
现代交流调速的现状与发展一、现代交流调速技术的历史在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。
从19世纪90年代初第一条三相输电线路建成到20世纪60年代末电力工业的发展大体形成这样的格局：99.999％的电能由同步电机发出，其中60％～70％的电能通过各种电机加以利用，交流电机占80％左右，但是大多数为人为不变速的异步电机直接拖动。
剩余20％需要变速运行的高性能传动系统中，直流电机一直占据主导地位。
直流电动机具有调速优良，数学模型简单，转矩易于控制的优点。
其换向器与电刷的位置保证了电枢电流与励磁电流的解耦。
也正是由于这个特点使得直流电动机存在着不可避免的缺陷：机械换向器和电刷造价偏高；维护困难；使用环境受限；寿命短；在容量发展上受限制。
直到1960年，晶闸管研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代。
随着电力电子技术的发展，使得采用半导体开关器件的交流调速系统得以实现。
交流电动机的调速系统不但调速性能可以与直流电动机调速系统相媲美，而且和直流电动机相比还具有结构简单、坚固耐用、体积小、转动惯量小、价格低廉、重量轻、动态响应好、维护费用低，可靠性高的优点。
近年来，模糊控制、专家系统和神经网络的应用，使运动控制系统向智能化的方向发展。
在现代运动控制系统中，常使智能控制与传统PI控制相互结合，取长补短，既保证了系统的控制精度，又增加了系统的自学习、自调整及决策能力，提高了系统的鲁棒性。
目前在电气传动领域中，现代交流调速技术已有取代直流调速技术的趋势。
二、现代交流调速技术的现状进入21世纪以后，交流调速系统取代直流调速系统已成为不争的事实。
目前，交流调速系统的应用领域主要有以下三个方面：1）一般性能调速和节能调速；2）高性能的交流调速系统和伺服系统；3）特大容量、极高转速的交流调速。
交流电动机有异步电动机和同步电动机两大类，而两类电动机又有不同类型的调速方式。
交流电机直接转矩控制策略——现状与趋势胡虎 李永东清华大学 摘要:直接转矩控制从提出到至今已有20多年的历史,其间发展了多种直接转矩控制策略。
直接转矩控制具有结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等优点,但有低速转矩脉动大的缺点。
因此大部分被提出的直接转矩控制策略主要为了解决低速转矩脉动问题。
对这些控制策略进行了详细的分析和比较,并进行了总结,这对于将来进一步研究直接转矩控制提供了一个很好的参考。
关键词:直接转矩控制 无差拍 离散空间矢量调制 高频抖动 间接转矩控制D irect Torque Con trol Stra teg ies of I nduction M otor——Sta tus and TrendH u H u L i YongdongAbstract:D irect to rque contro l w as p ropo sed about20years ago,and m any contro l strategies have been de2 veloped since then.D irect to rque contro l has the advantages of si m p le structure,h igh response of to rque and be2 ing robust to param eters.How ever,it also has the disadvantage of to rque ri pp les in low speed range.So mo st of the p ropo sed strategies are used to so lve the p roblem of the to rque ri pp les in low speed range.In th is paper, mo st of these contro l strategies are discussed and compared detailedly.w h ich is helpful to the further research of D TC.Keywords:direct to rque contro l dead2beat discrete SVM h igh frequency dithering indirect to rque contro l1 引言交流电机相对于直流电机而言,具有结构简单、维护容易、对环境要求低等优点,已经被广泛应用于工农业生产、交通运输、国防以及日常生活之中。
浅析交流调速技术的现状及发展自第二次工业革命以来，电气技术已成为诸多高新技术系统中不可缺少的关键技术之一。
电气技术的外延十分广阔，内涵十分丰富。
本论文将浅析交流调速技术的现状及发展。
交流电动机固有的优点是：结构简单，造价低，坚固耐用，事故率低，容易维护；但它的最大缺点在于调速困难，简单调速方案的性能指标不佳，这只能够依靠交流调速理论的突破和调速装置的完善来解决。
交流传动系统之所以发展得如此迅速，和一些关键性技术的突破性进展有关。
它们是功率半导体器件（包括半控型和全控型）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。
逐步提高交流传动系统的性能，国内外有关研究工作正围绕以下几个方面展开：采用新型功率半导体器件和脉宽调制技术、采用新型功率半导体器件和脉宽调制功率半导体器件的不断进步，尤其是新型可关断器件，如 BJT（双极型晶体管）、MOSFET（金属氧化硅场效应管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的实用化，使得开关高频化的PWM 技术成为可能。
目前功率半导体器件正向高压、大功率、高频化、集成化和智能化方向发展。
典型的电力电子变频装置有电压型交-直-交变频器、电流型交-直-交变频器和交-交变频器三种。
电流型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动（发电）状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。
电压型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电容作储能元件，无功功率将由大电容来缓冲。
对于负载电动机而言，电压型变频器相当于一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。
电压型PWM变频器在中小功率电力传动系统中占有主导地位。
