【正文】 轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行，此時起動電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制 的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。顯然靜特性優(yōu) 于單閉環(huán)系統(tǒng)。一般可按下式計算，即： )( c o s22m inm a x2NshTdIICUA nUUU ??? ?? （ 31） 式中 Udmax 整流電路輸出電壓最大值； nUT 主電路電流回路 n 個晶閘管正向壓降； C 線路接線方式系數(shù)； Ush 變壓器的短路比，對 10～ 100KVA， Ush =～ ； I2/I2N變壓器二次實際工作電流與額定之比，應(yīng)取最大值。 電壓比 K= 1U / 2U =380/125=。 （ 1）交流側(cè)過電壓保護 阻容保護 即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻 R 和電容 C 進行保護。F= 耐壓≥ = 2 125=265V 選取 25181。選 MY31230/5 型壓敏電阻。 （ 3）晶閘管 兩端的過電壓保護 查下表： 表 31 阻容保護的數(shù)值一般根據(jù)經(jīng)驗選定 晶閘管額定電流 /μ A 10 20 50 100 200 500 1000 電容 /μ F 1 2 電阻 /Ω 100 80 40 20 10 5 2 抑制晶閘管關(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護電路方法。 快速熔斷器的斷流時間短，保護性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護措施。 根據(jù)本電路形式查得 1K = 所以 inIdim = dI = = min211dIUKL ? = ? mH=105mH （ 2）限制輸出電流脈動的臨界電感量 2L 平波電抗器的臨界電感量diISUKL 222 ? （ 312） 式中 2K －系數(shù)，與整流電路形式有關(guān) ， iS －電流最大允許脈動系數(shù)，通常三相電路 iS ≤（ 5～ 10）％。 RPL 為與電動機配套的磁場變阻器，用來調(diào)節(jié)勵磁電流。 用交流接觸器來控制主電路通斷，由于 AI ? ,故可選 CJ2016. 在勵磁回路中，串聯(lián)吸引線圈電流 為 的 JL1411ZQ 直流欠電流繼電器，吸引電流可在 3/10～ 65/100 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，釋放電流在 1/10～ 2/10 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。由已知條件計算出 VnU nm a x* ???? ? ， VIU dmim * ???? ? ， 40 ?????? s dec K RInCUV=。且與主電路三個電壓 U、 V、 W同相的同步電壓，故要設(shè)計一個三相同步變壓器。 （ 2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 因為電流超調(diào)量 %5?i? ，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，故可用 PI 型電流調(diào)節(jié)器? ? ? ?sKsW iiiA C R ?? 1?? 。 忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響條件： cilm WsTT ?????? ? 1313，滿足條件。 FkRC nnn ?? ???? ，取 F? FkC on ?140 ????? ，取 1 F? 。 2 .控制電路的直流電源 這里選用 CM7815 和 CM7915 三端集成穩(wěn)壓器作為控制電路電源，如下圖所示 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 4 D e c 20 0 8 S he e t o f F i l e : D : \學(xué)習(xí)文件 \ p r ot e l \ M yD e s i gn 1 .d db D r a w n B y :7 91 5 7 90 8 8 V 1 5V 圖 6 直流穩(wěn)壓電源原理圖 3. 反饋電路參數(shù)的選擇與計算 本設(shè)計中的反饋電路有轉(zhuǎn)速反饋和電流截止負反饋兩個環(huán)節(jié)，電路圖見主電路。 電流截止反饋環(huán)節(jié)的選擇 選用 LEM 模塊 LA100S 電流傳感器作為檢測元件，其參數(shù)為：額定電流 100A，匝數(shù)比 1： 1000，額定輸出 電流為 。 6 系統(tǒng) MATLAB仿真 本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件 MATLAB，使用 MATLAB對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用 MATLAB 的 Simulink 工具箱對其進行計算機仿真研究。采用 面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖 7 所示 。 當建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進行仿真。第二階段， ASR 飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線形增長。由于在本系統(tǒng)中，單片機系統(tǒng)代替了控制電路的絕大多數(shù)控制 器件，所以各項數(shù)據(jù)處理和調(diào)整都是在單片機內(nèi)完成的，控制效果要好于本次的仿真結(jié)果。在以往的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速常用測速發(fā)電機來檢測，這種模擬測速方法的精度不夠高，在低速時更為嚴重，很難保障生產(chǎn)的高效、安全運行，所以在本次設(shè)計中測速采用了目前較先進的旋轉(zhuǎn)編碼器測速，即數(shù)字測速。該模型是深入研究直接轉(zhuǎn)矩控制 系統(tǒng)的有效工具。 MATLAB/SIMULINK。 直接轉(zhuǎn)矩控制 （ DTC） 是在空間矢量調(diào)速理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型交流電動機調(diào)速策略 ， 其基本思想是根據(jù)交流電動機的轉(zhuǎn)矩要求 ， 直接選擇合適的定子電壓空間矢量 ， 實現(xiàn)交流電動機電磁轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng) 。由于永磁同步電動機具有體積小 、 重量輕 、 運行可靠 、 功率密度高等諸多優(yōu)點 ， 將DTC控制策略應(yīng)用于永磁同步電機控制中 ， 以提高電機的快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng) ， 成為研究者關(guān)注的課題 究的熱點課題。 23 2 直接轉(zhuǎn)矩控制的 簡介 直接轉(zhuǎn)矩控制理論 直接轉(zhuǎn)矩 控制的核心思想是以轉(zhuǎn)矩為中心來進行磁鏈、 轉(zhuǎn)矩的綜合控制。 為了獲得高精度的速度控制，定子磁鏈軌跡就希望被控制成圓形。采用定子磁場定向，借助于離散的二點式調(diào)節(jié) (Band 一 Band控制 )產(chǎn)生 PWM信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。 這種系統(tǒng)可以實現(xiàn)很快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度，但是卻引起了電流和轉(zhuǎn)矩的脈動，低速性能差，調(diào)速范圍受到限制。 (2) 敘述了直接轉(zhuǎn)矩控制的原理，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和仿真模型。 直接轉(zhuǎn)矩控制的實質(zhì)是定子磁鏈 定向控制，是一種特殊的定子磁鏈定向控制，采用此方案有以下優(yōu)點： (1) 控制算法較為簡單，可以直接在靜止坐標系上進行矢量分解運算，摒棄了復(fù)雜的矢量變換與計算，大大減少矢量控制的性能易受參數(shù)變化影響的問題，魯棒性好。其工作過程如下 :首先由檢測單元檢測出電機定子電流和電壓值、實際轉(zhuǎn)速ω。定子產(chǎn)生定子磁勢矢量 Fs，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁勢矢量 Fr，二者合成得到合成磁勢矢量 FΣ 。 異步電動機的 Fs， Fr， FΣ （Ψ m）在空間以同步角速度 ω s 旋轉(zhuǎn)，彼此相對靜止。顯然，矢量變換控制系統(tǒng)雖然可以獲得高性能的調(diào)速特性，但是往復(fù)的矢量旋轉(zhuǎn)坐標變換及其他變化大大增加了計算工作量和系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且由于異步電動機矢量變換控制系統(tǒng)是采用轉(zhuǎn)子磁場定向方式，設(shè)定的磁場定向軸易受電機參數(shù)變化的影響，因此異步電動機矢量變換系統(tǒng)的魯棒性較差，當采取參 數(shù)自適應(yīng)控制策略時，有進一步增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和計算工作量。 異步電機的電磁轉(zhuǎn)矩模型 異步電動機各量的空間矢量關(guān)系如圖 32 所示。 把 Ψ s 和 is 置于定子正交坐標系? ? 中，如圖 33 所示，得到 sin∠ （ Ψs， is） = sin（ θ1－ θ2） = sinθ1cosθ2－ cosθ1sinθ2 從而在定子坐標系中，異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩模型可以表達為 Tei = Km（ Ψsαisα－ Ψsβisβ） （ ） 式中， is? 、 is? 、 Ψ s? 、 Ψ s? 分別是 is、 Ψ s 在 αβ軸系上的分量。 由式（ ）可以看出，在實際運行中，保持定子磁鏈矢量Ψ s 的幅值為額定值， 可充分利用電動機。 電壓空間矢量的正確選擇 正確選擇電壓空間矢量，可以形成六邊形磁鏈。要想得到六邊形磁鏈，就要對六邊形磁鏈進行分析，為此觀察六邊形軌跡的定子旋轉(zhuǎn)磁鏈空間矢量在?三相坐標系和? A、? B、? C 軸上的投影（?坐標系見圖 35） ，則可以得到三個相差 120 度 相位的梯形波，它們分別被稱為定子磁鏈的 ψA? 、 ψb? 和 ψc? 分量。如果要改變定子磁鏈矢量 Ψ s(t)的旋轉(zhuǎn)速度 ，可引入零電壓矢量。 4 異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的建模與仿真 MATLAB 簡介 語言 MATLAB 語言是由美國 New Mexico 大學(xué)的 Cleve Moler 于 1980 年開始開發(fā)的， 1984 年由 Cleve Moler 等人創(chuàng)立的 MathWorks 公司推出了第一個商業(yè)版本。 與 Fortran 和 C 等高級語言比 較， MATLAB 的語法規(guī)則更簡單，更重要的是其貼近人思維方式的編程特點，使得用 MATLAB 編寫程序非常方便和簡捷。在大家的共同努力下， MATLAB 正在成為計算機應(yīng)用軟件中的一個新熱點。與 ode23s 相似 ，對于寬誤差容限，它比 odel5s 更有效?？梢允沟迷谡{(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速過程中，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的上下波動減小，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 本系統(tǒng)中，開關(guān)狀態(tài)器及逆變器模塊均用 M 函數(shù)來代替。 控制系統(tǒng)：給定磁鏈 * wb? ? ，磁鏈滯環(huán)比較器 ??? ， 轉(zhuǎn)矩 滯環(huán)比較器 Nm?? ，負載轉(zhuǎn)矩給定值 21 Nm? ，仿真算法：采用 ode23db 變步長求解 ，步長為 52 10?? (2e5s)。在系統(tǒng)空載和后面突加負載的時候，磁鏈波形基本不變。從圖中看到波形按照三相正弦波的規(guī)律變化的。第三條曲線為轉(zhuǎn)速曲線。并且轉(zhuǎn)速并沒有明顯的下降。通過仿真結(jié)果可以證明所建立的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的正確性， 對于實際的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的實現(xiàn)具有很好的指導(dǎo)意義?，F(xiàn)代控制理論和智能控制理論應(yīng)用于 DTC 技 術(shù)，為改進 DTC 系統(tǒng)提供了堅實的理論依據(jù)；同時高性能的數(shù)字處理器的出現(xiàn)，為改進 DTC 系統(tǒng)提供了強大的物質(zhì)基礎(chǔ)。而全數(shù)字化的實現(xiàn)，將使采樣精度更高，誤差率更小，更易于實現(xiàn)最優(yōu)控制。電子工業(yè)出版社， 2021 胡崇岳等。機械工業(yè)出版社，2021 。機械工業(yè)出版社， 2021 黃忠霖等。 35 參考文獻 1. 李夙 .異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制 .北京：機械工業(yè)出版社， 1999 2. 何萍，郭軍 .基于 Matlab/Simulink 的異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真 .電氣應(yīng)用， 2021 .電力拖動自動控制系統(tǒng) 運動控制系統(tǒng) .北京：機械工業(yè)出版社， 2021 .電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計指 .北京：機械工業(yè)出版社， 1998 .電力電子技術(shù) . 第 4 版．北京：機械工業(yè)出版社， 200０ . 電力拖動自動控制系統(tǒng) . 武漢：華中科技大學(xué)出版社， 1991 .自動控制原理：第 4 版 .北京：國防工業(yè)出版社 。如智能 IPM 整合了 DSP控制器，將電機控制的大部分電路集成到標準封裝的模塊中，集成了 IGBT 模塊，IGBT 驅(qū)動電路、電壓電流反饋、保護模塊和 DSP 控制模塊，使得控制結(jié)構(gòu)愈發(fā)簡單，控制性能與控制精度、響應(yīng)速度均得到提高。直接轉(zhuǎn)矩控制是在定子坐標系下分析交流電動機模型，省去了矢 量變換等復(fù)雜的變換和計算，簡化了結(jié)構(gòu)，易于用數(shù)字化控制元件實現(xiàn)；采用電壓空間矢量的概念分析電機模型和控制各物理量，使問題簡單明了，易于理解；由于采用的是定子磁鏈軸，只要知道定子電阻就可以把它觀測出來，減小了電機參數(shù)對性能的影響。 綜上所述 ，從仿真結(jié)果來看，采用本文中所涉