交流电力牵引系统5(直接转矩控制)2016

⽮量控制（VC）和直接转矩控制（DTC）区别摘要：本⽂对⽬前交流电机变频调速控制系统流⾏的⽮量控制（VC）和直接转矩控制（DTC）的发展历史与现状，并对两者转矩响应，稳态特性，及⽆速度传感器控制进⾏了⽐较与探讨。

关键词：⽮量控制，直接转矩控制，转矩响应，稳态特性，⽆速度传感器控制1．前⾔转载于⾃1971年德国西门⼦公司F.Blaschke发明了基于交流电机坐标交换的交流电机⽮量控制（以下简称VC）原理以来，交流电机⽮量控制得到了⼴泛地应⽤。

经过30年的产品开发和⼯程实践，⽮量控制原理⽇趋完善，⼤⼤⼩⼩的交流电机变频调速控制系统⼤多采⽤⽮量控制，使交流电机调速达到并超过传统的直流电机调速性能。

1985年德国鲁尔⼤学M.Depenbrock教授提出了不同于坐标变换⽮量控制的另外⼀种交流电机调速控制原理——直接转矩控制（以下简称DTC），鲁尔⼤学的教授曾多次在国际学术会议并到中国来介绍DTC技术，引起了学术界极⼤的兴趣和关注。

DTC原理具有不同于VC 的鲜明特点：·不需要旋转坐标变换，有静⽌坐标系上控制转矩和磁链·采⽤砰-砰控制·DTC与脉宽调制PWM技术并⽤·转矩响应快·应⽤于GTO电压型变频器的机车牵引传动DTC的出现引起交流电机控制理论的研究热潮，国内不少⾼校对DTC技术及系统进⾏深⼊研究，不少⽂章提出⼀些有益的改进⽅法，对DTC理论与实践作出贡献。

但应该指出，DTC 引⼊中国的初期，⼈们的视⾓多集中在DTC的不⽤旋转变换和砰-砰控制上。

随着计算机技术的飞速发展，VC的旋转坐标变换的技术实现已不成为问题，⽽由于DTC技术应⽤实例局限于GTO电压型变频器的机车牵引传动，使得国内学术界和变频器制造商没有条件对实⽤的DTC技术以及DTC变频器的静态和动态特性进⾏深⼊研究。

1995年瑞⼠ABB公司第⼀次将DTC技术应⽤到通⽤变频器上，推出采⽤DTC技术的IGBT 脉宽调制变频器ACS600，随后⼜将DTC技术应⽤于IGCT三电平⾼压变频器ACS1000，近期推出的⽤于⼤型轧钢，船舶推进的IGCT变频器ACS6000也采⽤了DTC直接转矩控制技术。

第三章 电力牵引交流传动与控制
主要内容： 电力牵引交流传动技术概述 电力牵引交流传动基础 交-直-交变流器与逆变器 电力牵引交流传动的控制技术
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第三章 电力牵引交流传动与控制
一、电力牵引交流传动技术概述
1.
机车交流传动系统的基本结构 交流传动机车： （特指）采用各种变流器供电，交 流异步或同步电动机驱动的机车或 电动车组。 变流器类型： 交-交变流器（直接式） 交-直-交变流器（间接式）
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3.
交流传动的优点
由于鼠笼式异步电动机良好的经济性能和牵引运行性能，采 用“电压型交-直-交变流器+三相鼠笼式异步牵引电动机”系统 是目前发展的交流传动机车主要结构形式。主要优点： 异步电动机陡峭的自然外特性利于抑制机车空转和打滑， 可大幅度提高机车的粘着性能（最大粘着系数：交流机车可 达45%，交-直机车25%） 牵引电机结构简单、可靠，电机热利用率高，维护、维修 方便，运用维护费用低（无换向器和电刷或励磁整流器等滑 动接触部件） 单机容量大（不受换向限制），转速范围宽，重量轻体积 小（交流与交-直流传动比较：在相同重量和体积下，功率 可大幅度提高。单位重量功率：直流电动机0.33kw/kg，同 步电动机0.5kw/kg，异步 电动机0.68kw/kg或更高） 交流传动机车功率因数高，等效干扰电流小，节能，环保 三相鼠笼式异步牵引电动机造价低
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20世纪90年代：交流传动技术成为热点 美国异军突起（至1997达1400台） SD60MAC（GM公司 2834kw GTO 微机控制 1992） AC4000（GE公司 3281kw GTO 32位微机 1994） AC6000（GE公司 4474kw GTO 32位微机 1994） 欧洲 GEC-Alsthom公司 为叙利亚国铁开发 2370kw IGBT 1997 中国交流牵引传动技术发展 70-80 年代一直密切注意世界交流牵引技术发展动态 1992 研制成功1000kw地面变流器（试验）装置 1996 AC4000原型车（4000kw，异步牵引电动机 1025kw） 2000 DJJ1”蓝箭” 220km/h IPM器件 直接转矩控制 1225kw异步电动机 2001 DJ2”奥星”号竣工，田心厂等 动车组 4800KW， Vmax=160Km/h，自主知识产权 2002 “中华之星” 试验速度：312.5公里/小时 2006 CRH1、CRH2、CRH5，DJ4

摘 要 ： 接 转 矩 控 制 （ Ｔ 是 目前 应 用 于 交 流 传 动 电力 机 车 异 步 牵 引 电机 的 控 制 策 略 。 此 详 细 介 绍 了 异 步 牵 直 Ｄ Ｃ） 在 引 电 机 在 机 车 基 速 范 围 内 ． Ｔ 的 实 现 方 式 ． 通 过 Ｍａｌ ／ｉ ｕｉｋ 搭 建 了 仿 真 模 型 ， 最 后 在 基 于 ＤＣ ｔ ｂ Ｓｍ ｌ ａ ｎ
Ｖｏ． ６，Ｎ ．０ １ ４ ｏ１
Ｏｃｏ ｒ２０１ ｔ ｂｅ ２
对 于定子磁链幅值 ， 设当前量 为 Ｉ Ｉ因此希 ，
由于上下两 种控制 方式在 结构 上差 异 巨大 ，
望 在 结束 时 ， 子磁链 幅值 为 Ｉ Ｉ１ ， 定 （ 最 在 选 择 切 换 时可 能 会 带 来 诸 如 转 矩 脉 动 等 不 利 影 后 可确 定预 测 的 ＝ ｌ１ ｅ １ （ ｊ 啦 ） 么 响 ．但 经 过 仿 真 和 实 验 发 现 保 持 一 定 的 采 样 率 和 （ ， 那
上 升 至 安 全 上 限 ， 续 减 小 载 波 比 ， 低 ． 形 成 继 拉 ，
了分段 同步 （ ， ３ 调 制 过 渡 。实 际工 作 ． 电机 转 速 影 响很 大 ，只 有 受
在 转换 点 附近 ， 得 以充分 利 用 ，而 只 有 一 直 让 才 逆变 器 工 作在 安全 上 限附近 ， 能在 保 证期 间安 全 才
（ ｂ ｉ ｔｍ ｂｌ Ｉｄｓ ｙＩｓｉ ｔ，Ｓ ｉ ｎ ４ ２ ０ ，Ｃ ｉａ Ｈｕ ｅ Ａｕｏ ｏ ｉ ｎ ｕｔ ｎｔｕ ｅ ｒ ｔ ｅ ｈｙ ４ ０ ２ ｈｎ ） ａ
Ａｂｔａｔ Ｄ ｒｃ ｔｒｕ ｏ ｔ ｌ Ｄ Ｃ） ｉ ｕｅ ｎ ｅｅｔｃｌｃｍ ｔ ｅｎ Ｗ Ｔ ｅ ｐ ｎ ｉｌ ｏ ｅＤ Ｃ ａｄ ｉ ｏｋｎ ｓｒｃ ： ｉ ｔ ｏｑ ｅｃｎｒ （ Ｔ ｅ ｏ ｓ ｓｄ ｉ ｌｃ ｏｏ ｏ ｖ Ｏ ．ｈ ｒ ｃ ｅ ｆｔ Ｔ ｎ ｔ ｗ ｒｉｇ ｉ ｒ ｉ ｉ ｐ ｈ ｓ

一、选择题1．转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是A ．PIDB ．PIC ．PD ．PD2．静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，则静差率A ．越小B ．越大C ．不变D ．不确定3．下列异步电动机调速方法属于转差功率消耗型的调速系统是A ．降电压调速B ．串级调速C ．变极调速D ．变压变频调速根据能量转换的角度看，把调速系统分为三类第一类：转差功率消耗型，包括将电压调速，转差离合器调速，转子串电阻调速第二类：转差功率馈送型，包括串级调速，双馈电动机调速第三类：转差功率不变型，包括变极调速，变频变压调速4．可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速的是A ．比例控制B ．积分控制C ．微分控制D ．比例微分控制积分控制可以使系统在无警察的情况下保持恒速运行，实现无静差调速5．控制系统能够正常运行的首要条件是A ．抗扰性B ．稳定性C ．快速性D ．准确性控制系统正常工作，稳定性是首要条件。

6．在定性的分析闭环系统性能时，截止频率ωc 越低,则系统的稳定精度A ．越高B ．越低C ．不变D ．不确定截止频率与相角裕度对应，截止频率越高，系统响应变快，但稳定性变差。

7．常用的数字滤波方法不包括A ．算术平均值滤波B ．中值滤波C ．中值平均滤波D ．几何平均值滤波8．转速电流双闭环调速系统中电流调节器的英文缩写是A ．ACRB ．A VRC ．ASRD ．ATR9．双闭环直流调速系统的起动过程中不包括A ．转速调节阶段B ．电流上升阶段C ．恒流升速阶段D ．电流下降阶段10．三相全波整流电路的平均整流电压为A ．20.9cos U αB ．21.17cos U αC ．22.34cos U αD ．21.35cos U α11．下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是A ．饱和非线性控制B ．转速超调C ．准时间最优控制D ．饱和线性控制12．下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是A ．降电压调速B ．变极对数调速C ．变压变频调速D ．转子串电阻调速13．SPWM 技术中，调制波是频率和期望波相同的A ．正弦波B ．方波C ．等腰三角波D ．锯齿波14．下列不属于异步电动机动态数学模型特点的是A ．高阶B ．低阶C ．非线性D ．强耦合15．在微机数字控制系统的中断服务子程序中中断级别最高的是A ．故障保护B ．PWM 生成C ．电流调节D ．转速调节16．比例微分的英文缩写是A ．PIB ．PDC ．VRD ．PID17．调速系统的静差率指标应以何时所能达到的数值为准A ．平均速度B ．最高速C ．最低速D ．任意速度18．下列异步电动机调速方法属于转差功率馈送型的调速系统是A ．降电压调速B ．串级调速C ．变极调速D ．变压变频调速19．在定性的分析闭环系统性能时，截止频率ωc 越高,则系统的稳定精度A ．越高B ．越低C ．不变D ．不确定20．采用旋转编码器的数字测速方法不包括A ．M 法B ．T 法C ．M/T 法D ．F 法21．转速电流双闭环调速系统中转速调节器的英文缩写是A ．ACRB ．A VRC ．ASRD ．ATR22．下列关于转速反馈闭环调速系统反馈控制基本规律的叙述中，错误的是A ．只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的B ．反馈控制系统可以抑制不被反馈环节包围的前向通道上的扰动C ．反馈控制系统的作用是：抵抗扰动、服从给定D ．系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度23．笼型异步电动机变压变频调速系统中基频以下调速，下列哪种方式控制性能最好A ．恒1s U ω控制B ．恒1r E ω控制C ．恒1g E ω控制D ．恒1sE ω控制24．SPWM 技术中，载波是频率比期望波高得多的A ．正弦波B ．方波C ．等腰三角波D ．锯齿波25．下列不属于交流异步电动机动态数学模型特点的是A ．高阶B ．线性C ．非线性D ．强耦合26．在微机数字控制系统的故障保护中断服务子程序中，工作程序正确的是A ．显示故障原因并报警——分析判断故障——封锁PWM 输出——系统复位B ．显示故障原因并报警——封锁PWM 输出——分析判断故障——系统复位C ．封锁PWM 输出——分析判断故障——显示故障原因并报警——系统复位D ．分析判断故障——显示故障原因并报警——封锁PWM 输出——系统复位27．正弦波脉宽调制的英文缩写是A ．PIDB ．PWMC ．SPWMD ．PD28．转速负反馈调速系统的静特性方程中K 的表达式为A ．s e K K C α=B ．p s e K K KC =C ．p s K K K α=D ．p s eK K K C α= 29．采用比例积分调节器的闭环调速系统一定属于A ．无静差调速系统B ．有静差调速系统C ．双闭环调速系统D ．交流调速系统30．异步电动机数学模型的组成不包括A ．电压方程B ．磁链方程C ．转矩方程D ．外部扰动二、填空题1．常用的可控直流电源有晶闸管整流器、静止式可控整流器、直流斩波器或脉宽调制变换器。