通用变频器矢量控制与直接转矩控制特性比较1

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1、通用变频器矢量控制与直接转矩控制特性试验比较赵争鸣袁立强张海涛白华孟朔清华大学电机工程与应用电子技术系，100084摘要矢量控制与直接转矩控制作为当前两种主要的交流电机变频调速传动控制方法，在实际中得到广泛的应用。本文是以矢量控制与直接转矩控制策略比较为核心，在对两者进行了理论分析的基础上，在变频器－异步电机试验平台上进行了试验对比，给出两种控制策略下异步电机电磁转矩稳态和动态响应性能试验结果。关键词：矢量控制直接转矩控制动态响应纹波系数ThecomparisonexperimentsofGeneralinver

2、tersbasedonVectorControlandDirectTorqueControlZhaoZhengming,YuanLiqiang,ZhangHaitao,BaiHua,MengshuoTheDepartmentofElectricalEngineering,TsinghuaUniv.100084Abstract:VectorControlandDirectTorqueControlarewidelyusedintheadjustablespeeddrivesystems.Basedonthetheo

3、reticalanalysisofbothstrategies,theyarecomparedinanadvancedinverter-feedinductionmotorexperimentplatforminthispaper.Theresultsforsteady-stateanddynamicresponseperformancearegiven.Keywords:VectorControl;DirectTorqueControl;Dynamicresponse;Rippleratio一、试验目的矢量控制

4、（VC）与直接转矩控制（DTC）作为当前两种主要的交流电机变频调速传动控制方法，在实际中得到广泛的应用。但对两者的优缺点以及应用的局限性有不同的认识。为更好地澄清一些对两者认识上的模糊不清问题，拟定从试验的角度比较矢量控制与直接转矩控制各自的特点及其优缺点。二、试验条件说明对于矢量控制和直接转矩控制这两种控制方法，可以从许多方面进行比较，比如控制理论、控制软硬件实现、主电路以及外围电路要求等。鉴于实现样机方式的多样性，两种控制方法的试验比较具有一定的困难性。特此对本次试验的试验条件说明如下：1）此次试验将给出相应

5、的特性曲线，以及简单的试验结果描述。2）选定A公司的矢量控制通用变频器（15kW，称为“VC变频器”）和B公司的直接转矩控制通用变频器（15kW，称为“DTC变频器”）作为本次试验样机。此试验仅以此两台样机作为控制方法载体来考察控制方法，样机样本选取问题不在此试验中讨论。3）虽然两个变频器是被考察控制方法的主要载体，但在此试验中，主要的试验数据都是从同一台异步电机（3kW）上测取，选择的试验比较指标（比如，电压电流畸变率、电磁转矩等）都是从该电机的输入端测取。4）在试验原始数据测取的过程中，充分考虑了试验环境和条

6、件的相同性（比如，环境温度、电机起始温度、录波仪采样率等）。5）由于某些指标的特殊性和试验条件限制，这些指标不是一次测取量，是经过其它一次测取的原始数据计算得到。在计算这些指标时，对于两种控制方法，采用完全相同的计算公式和流程，而且该计算程序完全对外公开。对计算程序中的某些数据处理方法可能会有不同意见，可对计算程序的准确性进行充分的讨论。三、试验设备与连线此次比较试验是在我室已有的25kW异步电机试验平台上完成，系统结构示意图如图3.1所示，该平台是专门针对变频器――异步电机系统而设计的。图3.1对比试验测试系统

7、结构示意图对于此次试验来说，试验系统的主要设备有：VC和DTC变频器样机各一台（15kW）、3kW三相绕线式异步电机一台、3kW直流发电机一台、功率电阻箱一个、可变直流电压源二套、录波仪一台和配套电压电流探头若干。三相工频380V电源通过调压器为变频器供电，变频器输出接3kW绕线式异步电机，此电机与一等容量的直流发电机同轴连接。在试验测试阶段，通过计算机上的适配软件对变频器状态进行实时控制与监视，而试验所需要的几组重要的数据（Uab、Ucb、Ia、Ic以及变频器几个模拟口输出量）则通过DL750录波仪从电机机端和

8、变频器输出端子直接测取和记录。这些原始数据通过FTP协议从录波仪下载计算机，并转化为文本数据文件。最终使用这些文本数据文件在Matlab下计算出相应的结果。在实现机组低速运行时，大负载转矩是通过在直流发电机机端顺接直流电源来实现的。工频220V电源通过调压器接不控整流桥，整流桥输出并联电容产生可调直流电源，该电源通过断路器的切合来加减机组的负载。直流电源与电流电机机端之间