【正文】 ?b??c??區(qū)段 磁鏈開關(guān)信號與電壓空間矢量的選擇蘭州交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 a－異步電機定子磁鏈的β分量 b－異步電機磁鏈的開關(guān)信號c－電壓開關(guān)信號 d－電壓狀態(tài)信號圖 中的每個區(qū)間 s1~s6 分別向 、 、 三個坐標軸投影，可以得出該區(qū)間a?bc內(nèi)的三個磁鏈分量，波形如圖 ，采用三個施密特觸發(fā)器（見圖 ） ，施密特觸發(fā)器的容差是 ，將三個磁鏈分量和磁鏈的給定值一一比較，得到相對應的磁鏈開關(guān)g???信號，如圖 區(qū)域所示。當轉(zhuǎn)矩波動處于給定值的容差范圍之內(nèi)時，開關(guān)信號 TQ=1，則會輸出相對應的空間電壓矢量，可以使定子磁鏈旋轉(zhuǎn)，同時轉(zhuǎn)矩也將上升。采用以上兩種電壓矢量進行控制的優(yōu)點是上述兩個電壓向量中只有一位開關(guān)量與其他兩位開關(guān)量不相同，因此在切換時只需要改變其中不同的一位開關(guān)量的狀態(tài)，這樣做比較簡單，也降低了逆變器的開關(guān)頻率，而且也會讓定子磁鏈的軌跡近似圓形運動。在以下的仿真試驗中，我們重點使用的是 MATLAB/Simulink 平臺下的基本模塊，并且運用基礎(chǔ)模塊搭建了仿真所需的自定義模塊，同時用到了 SimPowerSystems 子模塊，來進行六邊形與近似圓形磁鏈直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的建模以及仿真。轉(zhuǎn)矩容差設(shè)為 隨著轉(zhuǎn)速的提升，會使磁鏈的畸變逐漸減小，慢慢形成正六邊形運行軌跡。1。1。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如下：所用的電機類型為鼠籠型異步電動機：額定功率參數(shù)設(shè)定為 ，電阻 sR為 ?；逆變器的直流電源 E 為 100V。?1 0 圖 定子磁鏈軌跡0 050時時時s時時時時A時圖 定子 a 相電流時間 （ s ）電壓（V）0 80604020020406080100 圖 定子 a 相電壓蘭州交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 時間 （ s ）電磁轉(zhuǎn)矩Te (N ?m）0 020406080100圖 電磁轉(zhuǎn)矩0 0100200300400時時時s時時時時r/min時圖 電機轉(zhuǎn)速在電機啟動時，采用磁鏈優(yōu)先的原則，迅速增加磁鏈。近似圓形磁鏈直接轉(zhuǎn)矩的控制系統(tǒng)有如下特點：(1) 相對六邊形磁鏈控制過于繁瑣，通過查事先確定的優(yōu)化開關(guān)狀態(tài)表確定每一時刻的最優(yōu)開關(guān)狀態(tài)；(2) 每個區(qū)段內(nèi)都需要根據(jù)數(shù)個電壓狀態(tài)進行判斷，實現(xiàn)定子磁鏈近似圓形旋轉(zhuǎn)；(3) 在近似圓形磁鏈直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，由于開關(guān)的狀態(tài)非常復雜，便要求逆變器開關(guān)非常頻繁，這樣會導致元器件的損耗增大；(4) 在六邊形磁鏈直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中出現(xiàn)較大的電流畸變狀況非常嚴重，而在近似圓形磁鏈控制中便可以利用調(diào)節(jié)滯環(huán)比較器的相關(guān)功能使這種影響程度大大降低。同時，也要感謝我的論文指導老師給我的許多幫助，由于這些幫助，才讓我可以順利的完成畢業(yè)論文。蘭州交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 致 謝四年的本科學習生涯，使我在很多方面都有較大的收獲。m 附近，電機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升。仿真結(jié)果如下：蘭州交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 )(Wbs。0。0。蘭州交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 2mag_s location1|mag_s|location tableReImRealImag toComplex|u|uComplex toMagnitudeAngle2mag_s_beat1mag_s_alf圖 定子磁鏈幅值計算與扇區(qū)判斷模塊（3）電壓矢量選擇模塊由查表模塊、多路選擇模塊組成電壓矢量選擇模塊，如圖 。??)(Wbs。1UabcProduct2Product1MatrixMultiplyProduct100Ed1/3Constant7[3x3]Constant31Sabc圖 理想逆變器模型 六邊形磁鏈直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的系統(tǒng)仿真MATLAB/Simulink 中搭建的六邊形磁鏈直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型參見附錄A。根據(jù)以上判斷便可列出直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)，如表 。將定子磁鏈的軌跡劃分為六個區(qū)間，用 Sm 表示，其中 m=1， 2， 3， 4， 5， 6，如表 所示，區(qū)域不同，則采用的定子電壓向量不同。實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)與控制使用轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器即可完成。a??bc?M23aubcU I2 3 D M Cg????g?A Z S1 i?+_+_sR2 3 aibc?i???m???+ _ S?e???a?bc?abcSa b cfTU C TA M M A M C A T R 2 Eac 六邊形磁鏈直接轉(zhuǎn)矩控制原理的基本結(jié)構(gòu)蘭州交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 ?U s ( 1 0 0 )U s ( 1 1 0 )U s ( 0 1 0 )U s ( 0 1 1 )U s ( 0 0 1 )U s ( 1 0 1 )a?b?c?s 1s 2s 3s 4s 5s 6 六邊形磁鏈及 β 坐標系 、 、 軸abc從圖 可看出 坐標系與 三相坐標系存在如式 的關(guān)系。由此可見，在必要的時刻依次給出定子電壓空間矢量 S1 至 S6，可以得到定子磁量依次沿著圖中的 S1S2S3S4S5S6 的次序運動，形成了一個正六邊形磁鏈。 、 和 為三個互相獨立的變量，按照相關(guān)規(guī)定，則六個開關(guān)的導通狀態(tài)均用1 表示，關(guān)斷狀態(tài)均用 0 表示。即m? ()cirmncieWpT????||?式中： ——磁極對數(shù)； 為電角位移， 。因此，本論文將直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)作為電機驅(qū)動系統(tǒng)中感應電機的最佳控制方法進行深入研究。詳細流程是先將測得的異步電機的定子電流矢量分為兩種電流分量，一種產(chǎn)生磁蘭州交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 場，另一種分量產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，接著控制這以上電流分量，與此同時，控制兩種電流分量之間的幅值以及相位，因此把這種控制方法叫做矢量控制技術(shù) [3]。因此，在本論文中，用交流感應電機驅(qū)動系統(tǒng)作為電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)最終的研究對象。交流感應電動機 價格便宜、維護簡單、體積較小。 開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)由電機、轉(zhuǎn)子位置傳感器和控制器構(gòu)成，所用的電機為開關(guān)磁阻電機。因此，交流感應電機及其驅(qū)動控制器要求逆變器和控制器能夠同時作用、整體設(shè)計，使逆變器和控制器能夠完美配合，并且能夠達到一體化和集成化的整體，這樣就可以大大提升交流電機的潛力，使交流感應電機更好的應用于電動汽車領(lǐng)域。 直流電機驅(qū)動系統(tǒng)直流電機驅(qū)動系統(tǒng)使用的驅(qū)動電機為直流電機。在國外，尤其是以美國、日本、歐洲為代表的眾多發(fā)達國家的科研機構(gòu)、電力公司、車輛公司很早就推出了電動汽車的概念車，并且一些比較先進的電動汽車研發(fā)企業(yè)已經(jīng)進入生產(chǎn)階段。與此同時，由于電機驅(qū)動控制技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)對研制無污染、結(jié)構(gòu)簡單、運行成本低廉的電動汽車更加容易。因此，電動汽車的研究已經(jīng)成為未來汽車研究領(lǐng)域的重中之重。電動汽車電動機驅(qū)動系統(tǒng)所需要的電能由車載蓄電池提供，并將車載蓄電池輸出的電能轉(zhuǎn)化為電動汽車所需要的機械能，而驅(qū)動電機的輸出軸便連接至該電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，經(jīng)過驅(qū)動系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的傳動裝置，由傳動裝置產(chǎn)生的驅(qū)動力驅(qū)動電動汽車正常行駛。前者有勵磁繞組且磁場可由直流電流控制，而后者沒有勵磁繞組且永磁體的磁場是不可控制的。 永磁無刷電動機驅(qū)動系統(tǒng)永磁驅(qū)動電動機可以分為很多類型，根據(jù)永磁驅(qū)動電動機的輸入信號波形，可分蘭州交通大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 為兩種，永磁直流和永磁交流電動機。開關(guān)磁阻電動機基本結(jié)構(gòu)包含位置傳感器，因此即使讓電機一直大轉(zhuǎn)矩工作，也不會產(chǎn)生丟步，這是開關(guān)磁阻電機最大的優(yōu)點。 價格較貴。 變壓變頻控制變壓變頻控制技術(shù)指的是當頻率低于基頻范圍時，需要運用恒壓恒頻方法進行控制，當頻率位于基頻以上時，利用變頻恒壓方法控制。 交流感應電機控制方法的選擇通過以上分析，可知直接轉(zhuǎn)矩控制采用離散的電壓空間矢量。三相異步電動機的數(shù)學模型有下列四個方程組成，分別為電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程以及運動方程。 異步電機空間矢量等效電路在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，所采用的參考坐標系是放在定子繞組上的，一般采用的是 坐標系，圖 為異步電機的空間矢量等效電路圖。其它六種組合為有效組合。