第4章 三相感应电动机直接转矩控制
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1 直接转矩控制简介直接转矩控制(Direct Torque Control——DTC),国外的原文有的也称为Direct self-control——DSC,直译为直接自控制,这种“直接自控制”的思想以转矩为中心来进行综合控制,不仅控制转矩,也用于磁链量的控制和磁链自控制。
直接转矩控制与矢量控制的区别是,它不是通过控制电流、磁链等量间接控制转矩,而是把转矩直接作为被控量控制,其实质是用空间矢量的分析方法,以定子磁场定向方式,对定子磁链和电磁转矩进行直接控制的。
这种方法不需要复杂的坐标变换,而是直接在电机定子坐标上计算磁链的模和转矩的大小,并通过磁链和转矩的直接跟踪实现PWM脉宽调制和系统的高动态性能。
直接转矩控制系统的主要特点有:(1)直接转矩控制是直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩。
(2)直接转矩控制的磁场定向采用的是定子磁链轴,只要知道定子电阻就可以把它观测出来。
(3)直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模型和控制各物理量,使问题变得简单明了。
(4)直接转矩控制强调的是转矩的直接控制效果。
直接转矩控制技术用空间矢量的分析方法,直接在定子坐标系下计算与控制电动机的转矩,采用定子磁场定向,借助于离散的两点式调节(Band-Band)产生PWM 波信号,直接对逆变器的开关状态进行最佳控制,以获得转矩的高动态性能。
它省去了复杂的矢量变换与电动机的数学模型简化处理,没有通常的PWM 信号发生器。
它的控制思想新颖,控制结构简单,控制手段直接,信号处理的物理概念明确。
2 直接转矩控制的理论基础2.1直接转矩控制的原理ψ的正负符号和电磁直接转矩控制系统的基本思想是根据定子磁链幅值偏差ΔSψ所在位置,直接选取合适的转矩偏差ΔTe的正负符号,再依据当前定子磁链矢量S电压空间矢量,减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差,实现电磁转矩和定子磁链的控制。
直接转矩控制是为电压源型PWM逆变器传动系统提出的一种先进的转矩控制技术,基于该技术的传动系统性能可与矢量控制的异步电动机传动系统性能相媲美。
直接转矩控制的原理框图
直接转矩控制的工作过程为:
被测信号有两个,即Us、和Is。
这两个信号由异步电动机数学模型处理后得到ѱα,ѱβ和转矩实际值界T f。
,ѱα,ѱβ通过坐标变换器
后得到磁链的三个分量信号ѱ
βa,ѱβb和ѱβc。
再由磁链自控制单元得到磁链开关信a,Sѱb和c
确的区段,即确定磁链区域θ。
T f与转矩给定值T g经转矩调节器处理后得到转矩开关信号TQ。
转矩调节器的容差宽度由εf调节。
磁链给定值ѱg和磁链反馈值ѱf由磁链幅值构成综合产生磁链量开关信号ѱQ,ѱf由磁链幅值构成根据ѱβa,ѱβb和ѱβc计算得到,开关信号选择单元综合四个输入信号:磁链开关信号,转矩开关信号,磁链量开关信号和零状态开关信号,产生正确的电压开关信号a b, SU c。
直接转矩控制的原理嘿,朋友们!今天咱来唠唠直接转矩控制的原理。
你说这直接转矩控制啊,就好像是一位特别有个性的司机在开车。
他呀,不怎么在意那些复杂的路线规划啥的,就凭着自己的感觉和判断,直接去控制车子的速度和方向。
想象一下,电机就好比是那辆车,而直接转矩控制就是这位司机。
它不去管那些中间的弯弯绕绕,而是直接盯着电机的转矩,说:“嘿,转矩你得这么变!”然后就快速地做出反应,让电机按照它想要的方式运行。
它可不像有些方法那样,犹犹豫豫,思前想后。
它就是这么干脆利落,说干就干!比如说,它觉得转矩小了,立马就加大力度;觉得转矩大了,就赶紧调整。
就好像你开车的时候,觉得速度慢了就猛踩油门,速度快了就踩刹车一样。
这直接转矩控制啊,还有个厉害的地方,就是它反应特别快。
就跟武林高手似的,敌人一招过来,瞬间就能回击。
电机运行中出现啥变化,它能第一时间察觉到,然后迅速采取行动。
而且啊,它适应性还特别强。
不管是在平坦的大道上,还是在崎岖的小路上,它都能把车开得稳稳当当。
无论是啥样的工作环境,它都能很好地发挥作用,让电机乖乖听话。
你说这直接转矩控制是不是很神奇?它就这么直截了当地去控制,没有那么多啰嗦的步骤和计算,却能把电机管理得服服帖帖。
这可真是个了不起的技术啊!咱再想想,要是没有这直接转矩控制,那电机运行起来得多费劲啊!可能就像没头苍蝇一样,不知道该往哪儿走,转矩也不知道该怎么变。
但有了它,一切都变得井井有条,电机能高效地工作,为我们的生活带来便利。
所以啊,直接转矩控制可真是电机控制领域的一把好手,是让电机乖乖听话的妙招!咱可得好好感谢那些发明和研究它的人,让我们能享受到这么厉害的技术带来的好处呀!。
毕 业 设 计2013 年 5 月 15日设计题目 三相异步电机直接转矩控制研究 学生姓名 学 号 20092252 专业班级 电气工程及其自动化09级—2班 指导教师 院系名称 电气与自动化工程学院目录中文摘要: (1)关键词: (1)Abstract: (2)Keywords: (3)1 绪论 (4)1.1 课题研究的背景、目的及其意义 (4)1.2 直接转矩控制算法的国内外研究现状 (6)2 直接转矩控制的理论基础 (6)2.1 三相异步电机的数学模型 (6)2.1.1三相异步电机的数学模型 (6)2.1.2电压空间矢量对定子磁链的影响 (8)2.1.3电压空间矢量对电机转矩的影响 (9)2.2 逆变器以及基本空间矢量的概念和原理 (10)3. 直接转矩控制的控制原理 (12)3.1定子磁链矢量空间位置检测 (13)3.2 定子磁链、转矩和扇区的计算 (14)3.2.1定子磁链估计 (14)3.2.2 电磁转矩估计 (18)3.3 定子磁链和电磁转矩的控制 (18)3.4磁链调节和转矩调节 (20)3.5 起动问题 (21)3.6 直接转矩控制与传统的矢量控制比较 (21)3.6.1 直接转矩控制的特点 (22)3.6.2 DTC与矢量控制的比较 (22)3.7 本章小结 (23)4. 直接转矩控制系统的仿真和性能分析 (23)4.1 关于MATLAB软件 (23)4.2 MATLAB软件简介 (24)4.3 直接转矩控制系统的Matlab/Simulink仿真 (24)4.4 直接转矩控制系统的性能优缺点分析 (26)4.5本章小结 (27)结论 (28)谢辞 (30)[参考文献] (31)三相异步电机直接转矩控制研究中文摘要:对于三相异步电机来说,直接转矩控制(DTC)是一种高性能的变频调速控制方案。
三相异步电机的直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型、高性能变频调速技术。
三相感应电动机直接转矩控制变频调速设计作者:孙英奇李雷远刘刚任国芳张长江冯舒来源:《科技与创新》2019年第11期摘要:随着工业技术的发展,具有高控性、大转矩密度、转矩稳定等特点的三相感应电机被不断地应用与改进,但依旧存在着一些不足,比如核心速度调控不方便。
这是由于传统形式的直接转矩控制系统转矩脉动现象的影响过大,影响了三相感应电机的稳定。
通过控制矢量数据,建立了不同位置的三相异步电动机的数学模型,不仅可以减缓转矩脉动情况,还能将直接转矩控制变频调速系统的仿真模型搭建在MATLAB和SIMULINK中,更加深入地了解了DTC的转矩脉动,进一步进行设计和提升。
关键词:变频调速;感应电机;直接转矩;矢量控制中图分类号:TM343.2文献标识码:ADOI: 10.15913/ki.kjycx.2019.11.0241 引言随着世界范围内计算机科技和自动控制技术的发展,电气化工业生产对电子化控制的需求也越来越大,而现在广泛应用的交流调速技术也被不断地改造和创新[1]。
也因为变频技术的快速发展,提高了交流调速技术的速度阈限和控制准确程度、运行动力、输出性能、功率大小、操作效率和便捷程度等。
在三相交流电机绕组空隙圆上出现的旋转磁场速度又称为同步步速,一般记为N1,但是又因为同步速度往往高于实际的电机速度,所以一般将之称为三相异步电机。
当前的控制理论中最常用的设备是直接转矩控制(DTC)[2],它可以在不使用交流和直流电机的情况下简化自身的数学架构,一般利用选择智能开关、提升电压矢量的选择模式和改善低速性能这几种方法增强直接转矩控制系统的性能。
2 直接转矩控制的基本原理2.1 空间电压矢量三相电磁量表示的是三相电动机中的电压、磁链、电流以及磁动势四个因素,如果这些因素能够在一个向量中表现出来,则三维的物理因素将会转变为成二维,更加便于对三相电磁量中各项数据的收集与计算。
而在以下的计算中,采用了Park矢量变换的方式,可以将三个变量值转换为一个矢量值,这一规律同样也可以用来处理时间函数。
直接转矩控制原理直接转矩控制是现代交流电机控制的一种方法。
该方法是控制电机强制控制其转矩以满足用户需求。
最初用于永磁同步电机控制,但现在已被广泛使用于异步电机以及其他类型电机的控制中。
直接转矩控制原理基于电机的意图控制,这个意图是指在控制周期内,电机期望达到的转矩。
控制器的目标是根据电机的意图控制电流并直接通过反馈测量进行修正,以控制电机的转矩输出。
与传统的平衡系统控制不同,直接转矩控制借助测量或估算电机磁通,并通过控制电机的磁通与当前测量的电机的电流的相位差来直接控制电机的转矩输出。
这种方法允许在没有传感器的情况下实现更短的响应时间,同时还可以更加准确地控制电机的转矩输出。
直接转矩控制的控制器由径向和切向两部分组成。
在径向控制环中,电流被用来控制电机的轴向磁通,旨在单向控制电机的转矩输出。
在切向控制环中,电流被用来控制电机的切向磁通,旨在控制电机的速度和位置。
通过在磁通和电流之间建立一个直接关系,可以控制电机的转矩输出。
直接转矩控制的主要步骤包括:1. 局部变量采集控制器通过使用传感器来测量电机的电流、转速、位置和其他变量。
这些变量被用于计算电机的角度,以及对电机的转矩进行估算。
2. 确定电机意图控制器根据控制周期之间的差异来确定电机的意图控制转矩输出。
该意图旨在帮助控制器驱动电机的输出以满足一个给定的应用程序目标。
3. 估算磁通控制器利用传感器数据对电机的磁通进行估算。
这部分对控制系统的准确性至关重要。
4. 根据意图控制电流控制器比较意图转矩与测量的电流,通过调整控制之间的差异,来控制电机的电流输出,以实现所需的电机转矩输出。
5. 调整控制器参数根据测量的数据,控制器不断地调整其参数(如比例积分等),以实现更准确的转矩输出。
直接转矩控制具有高精度、响应迅速、动态能力强的优点。
通过采用现代微电子技术,可以实现实时监控与控制,提高了电机的效率、可靠性与低噪音的运行,促进了电机在现代自动化设备中的应用。
感应电动机直接转矩控制中电压状态选择1引言直接转矩控制技术是80 年代中期提出的一种重要的交流调速理论,自提出以来得到了广泛的关注[3]。
它具有原理简单,使用传感器较少,系统对电机参数的依赖性弱,动态响应快等特点。
随着DSP 技术的发展,直接转矩控制技术得到了更广泛的应用。
直接转矩控制不同于一般的控制方法,它根据电机的运行状态,按照一定的策略选择逆变器的开关状态,输出相应的电压空间矢量,把转矩、磁链限制在给定的容差内,从而实现转矩直接、快速地控制。
选择逆变器状态最常用的方法是利用状态选择表,即根据电机状态,查表得到逆变器应输出的电压。
本文针对直接转矩控制中,当区段切换时定子磁链幅值变化较大导致电机转矩脉动增大、谐波电流增加的现象,提出了一种区段细分的策略,较好地解决了这个问题。
2直接转矩控制基本原理直接转矩控制是建立在定子磁链定向的基础上的,为了控制定子磁链,必须合理的选择逆变器电压状态。
三相异步电机控制中通常采用三相两点式电压型逆变器(式中—定子电阻—定子电压、电流、磁链矢量忽略定子电阻压降,在短时间内磁链增量,即的大小和成正比,方向和矢量方向一致。
电动机输出转矩:(2)式中—定转子磁链夹角直接转矩控制技术以电动机理想磁链圆(图2 虚线圆)为基准,用逆变器的不同电压状态所产生的实际磁链追踪基准磁链。
电压矢量均可分解为圆的切向分量和径向分量,切向分量改变磁链旋转速度,径向分量改变磁链幅值。
在图2 中设Ψs位于六个区段中的2 区,选择U3 径向分量能增大磁链Ψs,切向分量增大ΨS的旋转速度,而转子磁链转速近似不变,这样定转子磁链的夹角变大,电机输出转矩变大。
同理选择U4 其径向分量减小定子磁链幅值,切向分量增大了Ψs的旋转速度,增大了电机的输出转矩。
在其它区段非零电压状态对电机的影响的分析方。