直接轉(zhuǎn)矩控制下磁鏈和轉(zhuǎn)矩的觀測(cè)研究

文｜張莉萍 李燕濤

直接轉(zhuǎn)矩控制（Direct Torque Control， DTC）在定子靜止坐標(biāo)系下，以空間矢量概念，對(duì)定子磁鏈定向，通過檢測(cè)電壓和定子電流，經(jīng)3/2變換直接計(jì)算出電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并利用兩個(gè)滯環(huán)比較器，直接實(shí)現(xiàn)對(duì)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的解耦控制 [1]。

三相電流、電壓采樣信號(hào)由3/2坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到兩相電壓、電流[2,3]，經(jīng)磁鏈電壓模型，確定定子磁鏈后，通過轉(zhuǎn)矩模型，即可觀測(cè)到定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩受給定負(fù)載的影響，負(fù)載的變化影響電流的大小幅值，電流和電壓矢量共同作用于磁鏈，影響著磁鏈的大小和方向。磁鏈的變化改變磁鏈電壓矢量。電壓空間矢量控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度和電磁轉(zhuǎn)矩。

基本原理

電壓型磁鏈觀測(cè)器是基于異步電機(jī)電壓方程得到的。三相電流、電壓采樣信號(hào)經(jīng)過3/2坐標(biāo)變換得到isα、isβ和usα、usβ:

利用式（5）和式（4）可知，電磁轉(zhuǎn)矩要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩，負(fù)載的變化帶動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩幅值的變化，負(fù)載越大，電磁轉(zhuǎn)矩的幅值越大。如圖1所示：

圖1 不同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩

在同一轉(zhuǎn)速下，由式4，電磁轉(zhuǎn)矩的大小受負(fù)載的大小的影響，磁鏈的幅值是給定的，在一定的容差范圍內(nèi)波動(dòng)，當(dāng)負(fù)載變大時(shí)，為了保持電磁轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定，定子電流的幅值隨之增大。電流的大小，是根據(jù)電壓控制，施加正電壓矢量,電流是隨時(shí)間上升的，施加負(fù)電壓矢量,電流隨時(shí)間而降低，施加零電壓矢量,電流呈反方向運(yùn)動(dòng)。欲在同一周期內(nèi)，增加定子電流的幅值，則定子電壓矢量應(yīng)在保證磁鏈和轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定的前提下，相應(yīng)減少定子電壓的切換次數(shù)越少，減少零電壓作用時(shí)間，增大工作電壓作用時(shí)間。

如式1，2所示，3/2變換將三相電流、電壓采樣變換得到isα、isβ和usα、usβ，由式（3），磁鏈的大小與電壓和電流有關(guān)，根據(jù)式1和式3，在電壓矢量的作用下，電流的大小，影響磁鏈變化的大小。 由式（3）（4）（5）可知，負(fù)載越大，定子電流的幅值越大，isα同一周期內(nèi)的上升幅度變大，磁鏈隨電流變化的幅度也就越大，在相同時(shí)間內(nèi)，定子電壓的切換次數(shù)越少，零電壓作用次數(shù)越少，工作電壓作用時(shí)間越長(zhǎng)，磁鏈隨工作電壓作用下降的時(shí)間變長(zhǎng)，如圖2所示，負(fù)載（b）TL2>TL1(a)。圖3所示為轉(zhuǎn)矩隨負(fù)載的變化，轉(zhuǎn)矩受工作電壓影響上升時(shí)間增加。

圖2 不同負(fù)載下，磁鏈電流隨電壓的變化

圖3 轉(zhuǎn)矩隨負(fù)載的變化

仿真結(jié)果

結(jié)論

本文根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩的控制原理,利用MATLAB構(gòu)建直接轉(zhuǎn)矩仿真系統(tǒng)，在給定轉(zhuǎn)速不變時(shí)，給系統(tǒng)施加不同的負(fù)載，得出磁鏈和轉(zhuǎn)矩隨負(fù)載的變化。給定轉(zhuǎn)速不變時(shí)，當(dāng)負(fù)載增大，轉(zhuǎn)矩增大，定子電壓矢量的切換次數(shù)減少，非零電壓矢量時(shí)間增多，磁鏈下降時(shí)間變長(zhǎng)，轉(zhuǎn)矩上升時(shí)間增加。通過對(duì)直接轉(zhuǎn)矩進(jìn)行研究，對(duì)觀測(cè)轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行分析，驗(yàn)證了論據(jù)，有利于磁鏈觀測(cè)的研究。