电力牵引交流传动

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1、第八章异步电机直接转矩控制系统主讲人：葛兴来副教授，博士Email:xlge@swjtu.edu.cn西南交通大学电气工程学院列车控制与牵引传动研究室8.1直接转矩控制基本原理8.2直接转矩控制系统的实现8.3直接转矩控制在电力牵引中的应用低速时圆形磁链轨迹控制高速时六边形磁链轨迹控制弱磁升速恒功率控制8.4矢量控制与直接转矩控制的比较主要内容28.1直接转矩控制基本原理基本思想直接转矩控制系统简称DTC(DirectTorqueControl)系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。在它的转速环里面，利用转矩反馈直接控制电机的电磁转

2、矩，因而得名。3直接转矩控制技术简介直接转矩控制是继矢量控制之后，1985年由德国鲁尔大学M.Depenbrock和日本的I.Takahashi教授分别提出的直接自控制(DirectSelfControl)和直接转矩控制（DirectTorqueControl）发展而来的一项新型的交流电机控制技术,其中前者的方法是基于六边形磁链轨迹进行控制的，主要应用了大功率调速系统；后者的方法是基于圆形磁链轨迹来进行控制的，主要用中小功率的场合。在直接转矩控制中不需要对转矩和磁链进行解耦，因此没有复杂的坐标变换；其以磁链和转矩为控制对象，因此可以获得很好的动态性能。4电磁转矩控制原理电机转

3、矩：电磁转矩决定于定子磁链矢量和转子磁链矢量的矢量积，即决定于两者幅值和其间的空间电角度58.2直接转矩控制系统实现系统组成图8-1按定子磁链控制的直接转矩控制系统6传统直接转矩控制原理71、结构特点转速双闭环：ASR的输出作为电磁转矩的给定信号；设置转矩控制内环，它可以抑制磁链变化对转速子系统的影响，从而使转速和磁链子系统实现了近似的解耦。转矩和磁链的控制器：用滞环控制器取代通常的PI调节器。82、控制特点与VC系统一样，它也是分别控制异步电动机的转速和磁链，但在具体控制方法上，DTC系统与VC系统不同的特点是：1）转矩和磁链的控制采用双位式砰-砰控制器2）选择定子磁链作为

4、被控量3）由于采用了直接转矩控制，在加减速或负载变化的动态过程中，可以获得快速的转矩响应93、控制实现的核心问题除转矩和磁链砰-砰控制外，DTC系统的核心问题就是：转矩和定子磁链反馈信号的计算模型；如何根据两个砰-砰控制器的输出信号来选择电压空间矢量和逆变器的开关状态。10(1)定子磁链的计算-电压模型法在低速时，定子电阻压降占主导地位，定子电阻参数变化对结果影响很大，要随着温度的变化对电阻值进行修正积分器存在误差累积和直流温漂问题，在电机低速运行时问题将十分突出11电流-速度模型法要利用转子时间常数及定、转子电感值，精确地测量转子电角速度，参数的准确性及测量精度对估计结果都

5、有较大的影响图8-2i-n模型检测定子磁链12电压速度模型法图8-3u-n模型检测定子磁链13(2)电磁转矩的计算14(3)电压空间矢量和逆变器开关状态的选择在图8-1所示的DTC系统中，根据定子磁链给定和反馈信号进行砰-砰控制，按控制程序选取电压空间矢量的作用顺序和持续时间。磁链轨迹可分为正六边形控制和近似圆形控制两种15一、正六边形的磁链轨迹控制在右图所示的DTC系统中，根据定子磁链给定和反馈信号进行砰-砰控制，按控制程序选取电压空间矢量的作用顺序和持续时间。如果只要求正六边形的磁链轨迹，则逆变器的控制程序简单，主电路开关频率低，但定子磁链偏差较大；16磁链滞环调节17转

6、矩滞环调节转矩偏差情况TQ取值输出电压矢量性质1由磁链环来控制其输出状态0输出零电压矢量保持不变维持原控制状态不变18二、圆形磁链轨迹控制如果要逼近圆形磁链轨迹，则控制程序较复杂，主电路开关频率高，定子磁链接近恒定。该系统也可用于弱磁升速，这时要设计好Ψ*s=f(*)函数发生程序，以确定不同转速时的磁链给定值。19磁链滞环比较器磁链偏差情况Q取值输出电压矢量性质1使磁链模增大的电压矢量0使磁链模减小的电压矢量保持不变维持原控制状态不变20磁链位置判断根据磁链幅值及分量、的大小确定分区21转矩滞环调节转矩偏差情况TQ取值输出电压矢量性质1输出使定子磁链向前旋转的矢量-1输出

7、使定子磁链向后旋转的矢量0输出零矢量保持不变维持原控制状态不变22电压矢量切换表238.3直接转矩控制在电力牵引中的应用24间接定子量控制(IndirectStator-QuantitiesControl)ISC，这是一种结合了DSC与SVPWM的控制方案优点的新型控制方案，即根据当前控制周期内的定子磁链误差与转矩误差实时计算出下一个控制周期需要的定子电压矢量，并希望在每一个控制周期结束时，正好可以使定子磁链与转矩误差等于零，开关频率固定且直接控制转矩。低速范围的直接转矩控制策略25基于空间电压矢量调制