异步电机直接转矩控制原理MATLAB仿真.docx

异步电机直接转矩控制原理MATLAB仿真分析引言直接转矩控制变频调速技术是近年来继矢量控制变频调速技术之后发展起来的一种新型的具有高性能的交流变频调速技术。自从70年代矢量控制技术发展以来,交流传动技术就从理论上解决了交流调速系统在静、动态性能上能与直流传动相媲美的问题。矢量控制技术模仿直流电动机的控制,以转子磁场定向,用矢量变换的方法,实现了对交流电动机的转速和磁链控制的完全解祸。它的提出具有划时代的重要意义,其所达到的静态精度和动态响应并不亚于直流控制系统的指标。然而,在实际上由于转子磁链难于准确观测,同时系统特性受电动机参数的影响较大,以及在模拟直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换的复杂性,使得实际的控制效果难于达到理论分析的结果。这是量控制技术的不足之处。1985年由德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制的理论。不同于矢量控制技术,直接转矩控制有着自己的特点。它在很大程度上解决了矢量控制中计算控制复杂、特性易受电动机参数变化的影响、实际性能难于达到理论分析结果的一些重大问题。直接转矩控制的基本思想：按照生产工艺要求控制和调节电动机的转速是直接转矩控制的最终目的。而转速是通过转矩来控制的，因为转矩的积分就是电动机的转速，积分时间常数又往往为常数，故只有电动机的转矩影响其转速。电机都包含定子和转子，定子产生定子磁链矢量，转子产生转子磁链矢量，两者合成得到合成磁链矢量。由电机理论可知，电动机的电磁转矩等于他们中任何两个矢量的矢量积。而他们三者在空间以同步速旋转，彼此相对静止。因此可以通过控制两磁势的幅值和他们之间的夹角来控制转矩。直接转矩控制直接在定子坐标系下用交流量计算转矩的控制量。转矩可以表示为磁势矢量和的矢量积，而与电子电流矢量成比例，与磁链矢量也成正比，因而可以知转矩与定子电流矢量及磁链矢量的模值大小和两者之间的夹角有关，并且定子电流模值可直接检测到，磁链矢量的模值可从电动机的磁链模型中获得。在定子坐标系中求得转矩的控制量后，根据闭环系统的构成原则，设置转矩调节器，形成转矩闭环控制系统。从控制转矩角度看，只关心电流和磁链的乘积，并不介意磁链本省的大小和变化。但是，磁链大小与电机的运行性能密切相关，与电机的温升、转速、效率、功率因素、电压、电流都有关，所以任然希望保持磁链一直恒定不变。因此，磁链也要进行必要的控制。同控制转矩一样，设置磁链调节器，构成磁链闭环控制系统。直接转矩控制的基本原理电磁转矩可表示为：(3-1)定子磁链：(3-2)转子磁链：(3-3)由(3-2)和(3-3)式解得：(3-4)式中，为定子瞬态电感，，。将(3-4)代入(3-1)得：(3-5)式中，分别是定子磁链和转子磁链矢量相对于A轴的空间电角度；是两者间的相位差，也成为负载角。式(3-5)表明，电磁转矩决定于和的矢量积，即决定于两者幅值和其间的空间电角度。若两个磁链幅值保持不变，电磁转矩就仅与负载角有关。通常，的值较小，可见负载角对电磁转矩的调节作用是明显的。于是通过调节负载角可有效控制电磁转矩，这就是直接转矩控制的基本原理。逆变器的数学模型与电压空间矢量逆变器如图1所示，每一组的上下两个开关器件的状态相反，这样逆变器共有8种开关状态组合。逆变器上、下桥臂的开关器件在任一时刻不能同时导通，一个处于开通的状态另一个必须处于断开的状态，两者处于开关互逆状态。图1 电压型逆变器原理图由于同一相上下桥臂的两个开关器件一个导通，则另一个关断，所以三组开关器件有八种可能的开关组合。分别用、、来表示三相上桥臂的开关状态，以a相为例，当a相上桥臂导通时，记作=1，当a相上桥臂关断时，记作=0。这样八种可能的开关状态如表1所示：表1 逆变器的开关状态状态01234567000011110110001100111001八种可能的开关状态可以分成两类：一类是六种所谓的工作状态，即如上表中的状态“1”到“6”，它们的特点是三相负载并不都是接到相同的电位上去；另一类开关状态是零开关状态，即表中的状态“0”和状态“7”，它们的特点是三相负载都接到相同的电位上去。对于逆变器的八种开关状态，对外部负载来说，逆变器输出七种不同的电压状态。这七种不同的电压状态也分成两类：一类是六种工作电压状态，它对应于开关状态“1”至“6”，分别称为逆变器的电压状态“1”至“6”；另一类是零电压状态，它对应于零开关状态“0”和“7”，由于对外来说，输出的电压都为零，因此统称为逆变器的零电压状态。逆变器输出电压状态的空间矢量的数学表达式为：(4-1)式4-1为逆变器的数学模型把逆变器的输出电压用电压空间矢量来表示，则逆变器的各种电压状态和次序就有了空间的概念。在这里我们引入Park矢量变换，选三相定子坐标系中的a轴和Park矢量复平面正交的实轴重合，则其三相物理量、、的Park