直接轉(zhuǎn)矩控制在無刷雙饋電機(jī)應(yīng)用中的仿真研究

侯春

摘要：本文結(jié)合無刷雙饋電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)以及傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制策略的原理，分析了無刷雙饋電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，在此基礎(chǔ)上建立了無刷雙饋電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的仿真模型。本文對此模型在亞同步狀態(tài)下對其起動(dòng)特性和帶載調(diào)速進(jìn)行了仿真，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行了驗(yàn)證，證明了此種控制方式是在此種模式下是可行的。

關(guān)鍵詞：無刷雙饋電機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩控制 仿真研究

中圖分類號(hào)：TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）12-0006-03

1 無刷雙饋電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理

無刷雙饋電機(jī)在運(yùn)行時(shí)類似于繞線式感應(yīng)電機(jī)，不過其極性有別于傳統(tǒng)，無刷雙饋電機(jī)的功率繞組pp和控制繞組pc分別相當(dāng)于繞線式感應(yīng)電機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組，依據(jù)繞線式感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩與磁鏈的關(guān)系，提出無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁鏈的關(guān)系式為：

式（1）中p為極對數(shù)，L為感應(yīng)系數(shù)，為磁鏈，為率繞組與控制繞組磁鏈的夾角，其中下角標(biāo)p、c分別表示功率繞組和控制繞組。

2 無刷雙饋電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型

2.1 無刷雙饋電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制的仿真模型

根據(jù)無刷雙饋電機(jī)、直接轉(zhuǎn)矩控制的原理，本文將總體的仿真模型分為磁鏈觀測器，轉(zhuǎn)矩觀測器，磁鏈調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器，磁鏈扇區(qū)的判斷及開關(guān)狀態(tài)表的建立，逆變器和查找表的輸入與輸出七個(gè)部分，分別搭建仿真模型，由這七個(gè)仿真模型構(gòu)成無刷雙饋電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制的仿真模型，如圖1所示：

磁鏈觀測器的搭建仿真模型如圖4所示。

2.2 控制系統(tǒng)的仿真波形分析

仿真實(shí)驗(yàn)中，對無刷電機(jī)在亞同步、同步以及超同步模式下，分別進(jìn)行了模擬仿真，均取得良好的控制效果。本文僅以在亞同步狀態(tài)下的啟動(dòng)特性和帶載調(diào)速進(jìn)行研究分析。

2.2.1 在亞同步狀態(tài)下起動(dòng)特性的仿真研究

圖5為無刷雙饋電機(jī)在亞同步電動(dòng)狀態(tài)下空載起動(dòng)特性，圖5（a）表示亞同步電動(dòng)狀態(tài)下空載起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩波形，圖5（b）表示亞同步電動(dòng)狀態(tài)下空載起動(dòng)轉(zhuǎn)速波形，由圖5（c）可見控制繞組的電流頻率為3Hz，且與功率繞組圖5（d）的電流反相序。從圖5（a）（b）（c）（d）中可見控制繞組、功率繞組的兩相電流波形為正弦波，0.2s之前時(shí)電機(jī)單饋啟動(dòng)到1000 r/min，0.2s時(shí)調(diào)節(jié)給定轉(zhuǎn)速為700r/min，經(jīng)過0.4s的調(diào)節(jié)后電機(jī)基本上穩(wěn)定在700r/min，電磁轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定在0N.m。 定子側(cè)控制繞組的磁鏈給定為0.8wb，由圖5（e）可見，直接轉(zhuǎn)矩控制的定子控制繞組的空間磁鏈軌跡為圓形，變化頻率與電流同步。磁鏈幅值基本保持不變，維持在給定磁鏈值0.8wb，可見磁鏈能夠得到很好的控制。

2.2.2 在亞同步狀態(tài)下帶載調(diào)速時(shí)的仿真研究

圖6為無刷雙饋電機(jī)在亞同步電動(dòng)狀態(tài)下帶載調(diào)速時(shí)的波形，其中負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。仿真時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持5N.m，起動(dòng)2.75s后轉(zhuǎn)速突變，由650r/min變化到725r/min，功率繞組的電流圖6（d）幅值減小，控制繞組的電流圖6（c）幅值基本保持不變。圖6（a）中在轉(zhuǎn)速突變的時(shí)刻，對應(yīng)圖6（b）中電磁轉(zhuǎn)矩Te雖然有波動(dòng)，但是經(jīng)過較為短暫時(shí)間的調(diào)節(jié)后，又穩(wěn)定在和負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等的值。

3 結(jié)語

電機(jī)能夠比較穩(wěn)定的運(yùn)行，從而驗(yàn)證直接轉(zhuǎn)矩控制方式可以有效地對無刷雙饋電機(jī)進(jìn)行控制，且具有有很好的魯棒性和快速性。

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