基于恒定开关频率空间矢量调制的异步电机间接转矩控制

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1、中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文集基于恒定开关频率空间矢量调制的异步电机间接转矩控制1,21212王坚桂卫华李祥飞年晓红黄济荣1)2)中南大学信息科学与工程学院，长沙410083株洲电力机车研究所,株洲412001摘要为了克服直接转矩控制在低速区的种种不足，间接转矩控制被应用在国内外大功率牵引传动系统的低速区。本文介绍了间接转矩控制的基本原理，加入弱磁控制算法，从而将间接转矩控制扩展到全速度范围。本文对此方案进行了仿真分析和实验验证，仿真及实验结果表明，定子磁链轨迹为圆形，定子电流

2、为正弦波，谐波小，转矩脉动小，动态响应快，且开关频率恒定，噪音小。仿真和实验结果证明了本文提出的全速度范围异步电机间接转矩控制方案是可行的，系统具有良好的动静态性能，在具有较高开关频率的中小功率应用场合有着非常好的应用前景。关键词异步电机间接转矩控制弱磁1引言城市轻轨、电动汽车等，直接转矩控制还是存在转矩[1]1971年，西门子公司的F.Blaschke提出了矢量控脉动较大，电流谐波较大等缺点，如果在全速范围都制方法，该方法的提出和应用使交流传动系统的动静采用间接转矩控制，则能够减小转矩脉动及电

3、流谐波，态性能可以和直流传动相媲美，从而使高性能的交流特别能减小噪音，这对电动汽车等对噪音及乘坐舒适传动成为现实。1985年，德国鲁尔大学的Depenbrock性等要求较高的场合是非常好的。考虑到电力电子器[2]教授首次提出基于六边形磁链轨迹的直接自控制方件的发展，开关频率的提高，间接转矩控制在中小功[3]法（DSC），随后日本的Takahashi等提出了基于近似率，甚至大功率场合的应用前景是非常广阔的。圆形磁链轨迹直接转矩控制方法（DTC）。直接转矩控本文首先介绍了间接转矩控制的基本原理，加入

4、制通过直接控制转矩和磁链来间接控制电流，不需要弱磁控制算法，从而将间接转矩控制扩展到全速度范复杂的坐标变换，因此具有结构简单、转矩响应快以围。文中首先对此方案做了仿真分析，最后在牵引电及对参数鲁棒性好等优点。但是由于它采用的是磁链机试验台上完成了地面试验，仿真及实验结果验证了和转矩的bang-bang控制，不可避免的造成转矩脉动该方案的有效性。大，开关频率不固定特别是低速性能较差的缺点。上世纪90年代初，德国鲁尔大学EAEE研究室2间接转矩控制的基本原理在Depenbrock和Steimel教授

5、的领导下提出了作为电机控制的任务就是产生给定的转矩并保持磁[4]DSC系统改进方案的间接转矩控制，并成功将其应链为给定值。与DTC相同，间接转矩控制也是一种定用在大功率电力牵引传动的低速区，大大减小了低速子磁链定向的控制方法，即直接在定子坐标系中分析区的转矩脉动。国内株洲电力机车研究所在电力牵引异步电机的数学模型，计算电动机的磁链和转矩，无[5]传动的低速区同样也是应用间接转矩控制。间接转需矢量控制那样复杂的矢量旋转变换。间接转矩离散矩控制通过计算磁链的幅值增量和相位增量来决定空的控制方法首先根

6、据当前的转矩给定值、磁链给定值间电压矢量，再通过空间电压矢量调制输出来控制逆以及实际磁链和转矩计算出当前控制周期与上一控制变器，它不但可以保证磁链轨迹为圆形，而且还对转周期的定子磁链空间矢量的差值（见图1中的h矩进行了稳态和动态的调节，具有很好的稳态和动态Δψμ(k)），然后根据此差值计算当前控制周期的定性能，转矩脉动小，且电流为正弦形，开关频率恒定，子电压给定值（平均值），最后通过SVPWM调制输出噪音小，是一种很有前途的控制策略。来控制逆变器的开关动作，从而实现对异步电机转矩在大功率的GTO

7、变流器的交流传动系统中，由的控制。图1为静止两相坐标系中（αβ坐标系）定于开关频率的限制，采用六边形磁链轨迹直接转矩控子磁链轨迹以及定子磁链空间矢量在一个控制周期的制系统具有比较明显的优势，但在中小功率采用具有增量示意图。较高开关频率的IGBT变流器的交流传动系统中，如中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文集hωrTsβψμ(t)T*ω*ΔXeμo2Rhrihh2s3Pψψ(k)nrωΔXμdμPIhTΔψ()keωΔXμ由式(2)由式(3)空间矢Sμr计算计算量脉宽abc,,hh调制*

8、ΔψμuψksΔX()kh功率调μψμPIψμ(k−1)节器ψωμα0Xk(1−)μ图2异步电机间接转矩控制系统结构框图图1定子磁链轨迹及其增量示意图定子磁链空间矢量在一个控制周期的幅值增量hh*用ψ()k和ψ()k−1分别表示第k和第k−1k由定子磁链给定值ψ和定子磁链的实际值的幅μμψμ时刻的定子磁链空间矢量（两者相差一个控制周期值ψ通过PI调节器得到，位角增量ΔX相当于定μμT），ΔX()k表示定子磁链空间矢量从第k−1到第sμ子角频率在一个控制周期内的积分，它实际上由动态hk时刻的位角增