【正文】 求解問題。現(xiàn)代計算機仿真技術為電力電子電路和系統(tǒng)的分析提供了嶄新的方法，可以使復雜的電力電子電路系統(tǒng)的分析和設計變得更加容易和有效。簡要介紹了電磁轉矩估計方法。 ，而不是像矢量控制那樣，通過控制定子電流的兩個分量間接地控制電機的磁鏈和轉矩，它追求轉矩控制的快速性和準確性，并不刻意追求圓形磁鏈軌跡和正弦波電流。而直接轉矩控制更進一步，它不是通過控制電流，磁鏈等量來間接控制轉矩，而是把轉矩直接作為被控制量，采用轉矩閉環(huán)直接控制電動機的電磁轉矩，因此，它并不過于追求圓磁鏈軌跡，只追求對轉矩控制的快速和準確性。它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要利用矢量旋轉變換對異步電動機的 數(shù)學模型解耦簡化，計算簡單明了，物理概念清楚。 解決這一問題的方法是，在起動期間想轉矩滯環(huán)比較器輸入載波信號，例如方波信號，頻率控制在 500 zH ，這樣既能有效利用零電壓開關矢量，又能改善定子磁鏈和電流的波形。 由于定子歷次需要一個過程，定子磁場是逐步建立起來的，所以定子磁鏈矢量的幅值在 t = 1t 這個時刻之前，甚至過了 1t 時刻可能都還沒有達到參考值。 圖 磁鏈調節(jié) 轉矩調節(jié)和磁鏈調節(jié)類似，也分為施密特兩點式或三點式調節(jié)和 PI 調節(jié)，如圖 a),圖 b)所示。 表 空間電壓矢量選擇表 三相異步電機直接轉矩控制研究 20 磁鏈調節(jié)和轉矩調節(jié) 磁鏈調節(jié)有兩種形式，第一種是施密特兩點式或三點式調節(jié)，或稱 BangBang調節(jié)，如圖 a) 為給定的定子磁鏈幅值， 為觀測到的定子磁鏈幅值，將兩者做差，得到的差值送入滯回比較器 :當差值大于設定容差時，輸出信號 為“ 1”，說明需要增大定子磁鏈 。假設此時轉矩滯環(huán)比較器輸出 1，表示應該適當增大電磁轉矩，則選擇 U120(010)，使 s? 加速逆時針旋轉，以增大 ? ，從而增大電磁轉矩。假設此時 s? 的幅值已經達到了上限，應該減小 s? 的幅值。其中，對定子磁鏈采取兩點式調節(jié)，對電磁轉矩采取三點式的調節(jié)，如式 ()和式 ()所示。低速時，電動機模型實際工作在in 模型下。由此可見，由于引入了電流 調節(jié)器，使得電動機模型的仿真精度大大提高了。 的測量誤差對 in 模型的結果影響很大。根據圖 31 可以推導 : (36) (37) 由此可以得到定子磁鏈的 in 模型，如圖 所示。但是當定子頻率接近零時，用這種方法來確定定子磁鏈是不可能的，因為用做積分的定子電壓和定子電阻壓降之間的差值消失了，以致在穩(wěn)定情況下只有誤差被積分。 電壓 電流模型 ： 定子磁鏈的 ui模型如圖 。如圖 32所示，當定子磁鏈sΨ 位于 ① 區(qū)間時， Bψ 應小于 ，對于其他區(qū)間可以采用同樣的方法來確定。但是，與矢量控制的要求不同，這里并不需要定子磁鏈矢量確切的位置信息，只要知道定子磁鏈矢量處于哪個區(qū)間就可以了。圖 31中的 ψS 表示的是區(qū)間順序號。 三相異步電機直接轉矩控制研究 13 定子磁鏈矢量空間位置檢測 圖 。總之，對電動機的控制是通過控制定子電流來間接控制電磁轉矩。其中，包括兩 個零矢量和六個非零矢量，非零矢量的幅值都為 2Vdc/3，相角依次相差 60 度。逆變器的一個最主要的特點是：單橋臂的上下兩個開關不能同時導通，即 Sa 和 Sa’在同一時刻若一個為導通狀態(tài) 1，則另一個必須為關斷狀態(tài) O。 U s 6 （ 1 1 0 ）αβΨ s ( t 2 )? Ψ s ( t )Ψ s ( t 1 )Ψ r ( t 2 )Ψ r ( t 1 )θ ( t 2 )θ ( t 1 )ω s 圖 電壓空間矢量對電動機轉矩的影響 逆變器以及基本空間矢量的概念和原理 在三相異步交流電機的變頻調速系統(tǒng)中，逆變器是非常重要的一個組成部分，它的主要功能是將直流電能轉化為交流電。三相異步電機直接轉矩控制研究 10 電壓空間矢量對電動機轉矩的影響如圖 。這種方法是最初的直接轉矩控制方案，即直接自控制方案的基本思想。 三相異步電機直接轉矩控制研究 9 U s 3 （ 0 0 1 ） U s 2 （ 0 1 1 ）U s 4 （ 1 0 1 ）U s 1 （ 0 1 0 ）U s 5 （ 1 0 0 ）U s 6 （ 1 1 0 ）s 6s 1s 5s 4s 3s 2βΨ s 圖 電壓空間矢量與定子磁鏈空間矢量間的關系 至此可以得到如下結論 : 頂點的運動方向和軌跡對應于相應的電壓空間矢量 的作用方向，只要定子電阻壓降影響相對較小， 的運動軌跡近似平行 指示的方向 。 圖 ， (x=1～ 6)表示電壓空間矢量， 表示定子磁鏈空間矢量， 、 、 、 、 表示正六邊形的六條邊，也表示等分的六個區(qū)間。在建立三相交流異步電機的數(shù)學模型前，需要做出以下假設 ： (1)忽略空間諧波，假設三相定轉子繞組在空間上互相相差 1200 電角度，它們產生的磁動勢沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布； (2)渦流、磁飽和鐵芯損耗忽略不計，各相繞組的自感和互感都是線性的； 三相異步電機直接轉矩控制研究 7 (3)不考慮溫度和頻率變化對電機參數(shù)的影響。 (4)控制器的設計。 (2)磁鏈觀測器的設計。各種研究和改進主要集中在以下幾點： (1)電機參數(shù)的辨識。 鑒于以上所述，對于直接轉矩控制的研究以及盡早地產品化具有非常重要的實際意義和良好的經濟前景。 雖然直接轉矩控 制存在上述缺點，但是由于它較之其他算法的確存在巨大優(yōu)勢，而且其缺點可以隨著新的控制技術以及高性能的數(shù)字信號處理技術的發(fā)展被不斷克服，使得直接轉矩控制技術的研究成為目前交流調速研究領域最大的熱點。 但是，經典的直接轉矩控制算法也存在一些明顯的不足，主要有以下幾條。直接轉矩控制技術是繼Ⅵ控制和矢量控制之后發(fā)展起來的一種高性能的交流變頻調速算法，最早是由 德國教三相異步電機直接轉矩控制研究 5 授 Depenbrock 和日本學者 Takahashi 提出的。 (1)基于恒壓頻比的標量控制技術，也稱Ⅵ控制。這不僅關乎我們當前的經濟發(fā)展，更重要的，因為它與能源開發(fā)和節(jié)約息息相關，還對我們未來的可持續(xù)發(fā)展有非常重要的意義。就交流調速系統(tǒng)本身來說，在很多港口碼頭、工廠車間、大型電站和大型船舶航天器的制造場所，對調速性能有著很高的要求，不僅要求速度精度高，還要求轉矩響應精確迅速。在這些電機傳動設備的應用領域中，比如風機水泵、港口起 重設備、風力發(fā)電機等等還有對電機進行調速的需求。 第三部分，詳細分析直接轉矩控制系統(tǒng)各部分的組成。 DTC 的研究雖然已取得了很大進展，但是它在理論和實踐上還不夠 成熟，如低速性能差、脈動轉矩大、限制了系統(tǒng)的調速范圍。 隨 著經濟的發(fā)展，在諸多領域里利用高性能的交流調速逐步替代價格較高的直流調速是一個趨勢。 畢 業(yè) 設 計 2022 年 5 月 15 日設計題目 三相異步電機直接轉矩控制研究 學生姓名 曲世彪 學 號 20222252 專業(yè)班級 電氣工程及其自動化 09 級 — 2 班 指導教師 王曉晨 院系名稱 電氣與自動化工程學院 三相異步電機直接轉矩控制研究 I 目 錄 中文摘要： ............................................................ 1 關鍵詞： .............................................................. 1 Abstract: ............................................................. 2 Keywords: ............................................................. 3 1 緒論 ............................................................... 4 課題研究的背景、 目的及其意義 .................................... 4 直接轉矩控制算法的國內外研究現(xiàn)狀 ................................ 6 2 直接轉矩控制的理論基礎 ............................................. 6 三相異步電機的數(shù)學模型 .......................................... 6 三相異步電機的數(shù)學模型 .............................................. 6 電壓空間矢量對定子磁鏈的影響 ........................................ 8 電壓空間矢量對電機轉矩的影響 ........................................ 9 逆變器以及基本空間矢量的概念和原理 ............................. 10 3. 直接轉矩控制的控制原理 ........................................... 12 定子磁鏈矢量空間位置檢測 ........................................ 13 定子磁鏈、轉矩和扇區(qū)的計算 ..................................... 14 定子磁鏈估計 ....................................................... 14 電磁轉矩估計 ...................................................... 18 定子磁鏈和電磁轉矩的控制 ....................................... 18 磁鏈調節(jié)和轉矩調節(jié) .............................................. 20 起動問題 ....................................................... 21 直接轉矩控制與傳統(tǒng)的矢量控制比較 ............................... 21 直接轉矩控制的特點 ................................................ 22 DTC 與矢量控制的比較 ............................................... 22 本章小結 ........................................