[發明專利]一種交流同步電機直接轉矩控制方法

有效

• 申請號: 201510060920.7
• 申請日: 2015-02-05
• 公開（公告）號: CN104682826B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 王宇;鄧智泉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P27/12
• 分類號: H02P27/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，具體涉及一種交流同步電機直接轉矩控制方法。

背景技術

交流電機的轉速閉環控制系統本質上是要對電機的電磁轉矩實現有效的跟蹤控制。交流電機電機調速領域的兩大里程碑控制算法為矢量控制和直接轉矩控制。

上世紀70年代西門子工程師F.Blaschke首先提出異步電機矢量控制理論來解決交流電機轉矩控制問題。矢量控制實現的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產生磁場的電流分量(勵磁電流)和產生轉矩的電流分量(轉矩電流)分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。簡單的說，矢量控制就是將磁鏈與轉矩解耦，有利于分別設計兩者的調節器，以實現對交流電機的高性能調速。矢量控制算法存在缺點如下：

(1)參數魯棒性不強，參數的變化將影響系統的控制精度。

(2)由于內環采用電流環，電流環的存在影響了系統的動態性能。

直接轉矩控制(Direct Torque Control——DTC)，國外的原文有的也稱為Direct self-control——DSC，直譯為直接自控制，這種“直接自控制”的思想以轉矩為中心來進行綜合控制，不僅控制轉矩，也用于磁鏈量的控制和磁鏈自控制。直接轉矩控制與矢量控制的區別是，它不是通過控制電流、磁鏈等量間接控制轉矩，而是把轉矩直接作為被控量控制，其實質是用空間矢量的分析方法，以定子磁場定向方式，對定子磁鏈和電磁轉矩進行直接控制的。這種方法不需要復雜的坐標變換，而是直接在電機定子坐標上計算磁鏈的模和轉矩的大小，并通過磁鏈和轉矩的直接跟蹤實現PWM脈寬調制和系統的高動態性能。

與矢量控制相比，直接轉矩控制算法的優點如下：

(1)參數魯棒性強，

(2)不存在電流環，系統動態性能強。

但是在直接轉矩控制中，電機的定子磁鏈被控制為恒定值，這樣就導致在負載變化時，系統的無功電流不為零，降低了系統的功率因數，降低了系統的轉矩銅耗比和效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種交流同步電機直接轉矩控制方法，解決了現有技術中電機無功功率不為0，從而降低了系統的功率因數，降低了系統的轉矩銅耗比和效率的問題。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種交流同步電機直接轉矩控制方法，包括如下步驟：

步驟1、根據交流同步電機的期望轉速與實際轉速的差值，經過比例積分環節得到電機的期望電磁轉矩；

步驟2、根據電磁轉矩辨識單元辨識得到交流同步電機的實際電磁轉矩；

步驟3、將電機的期望電磁轉矩與交流同步電機的實際電磁轉矩作差，根據該差值極性和大小決定轉矩信號；

步驟4、由定子磁鏈辨識單元辨識得到交流同步電機的實際定子磁鏈幅值和實際定子磁鏈矢量相位；

步驟5、磁鏈滯環，將電機的期望定子磁鏈幅值與交流同步電機的實際定子磁鏈幅值作差，根據該差值極性和大小決定磁鏈信號；

步驟6、根據轉矩信號、實際定子磁鏈矢量相位以及磁鏈信號確定三相全橋逆變器的開關矢量，施加于電機；

所述期望定子磁鏈幅值，根據交流同步電機的無功電流抑制單元的輸出獲取，具體的過程如下：

首先，由交流同步電機的三相電樞繞組電流，經過3/2變換得到電機三相電樞繞組的實際轉矩電流分量和實際無功電流分量；

然后，將實際無功電流分量的數值取反，所得數值依次經過比例積分環節、限幅環節得到定子磁鏈幅值偏差量；

最后，將電機的額定勵磁磁鏈數值與定子磁鏈幅值偏差量相加得到電機的期望定子磁鏈幅值。

所述交流同步電機的a、b、c三相定子電壓采用如下公式獲取：

其中，U_dc為三相全橋逆變器供電的直流電源的母線電壓幅值，D_a、D_b、D_c分別為三相全橋逆變器a、b、c相的占空比。

交流同步電機的三相定子電壓經過3/2變換得到交流同步電機兩相靜止坐標定子電壓為：

交流同步電機的三相定子電流經過3/2變換得到交流同步電機兩相靜止坐標定子電流：