【正文】 A T R?se?se?? s?? sA??B??C??AS ?BS ?CS ?S CSUASUBSUABCBi CiAi AuBu Cu?su?sui??1sg??sg??sg??sg??sg??sg??2ECTQ?si ?siei gTei fTsR sR?????? sg?IM~3圖 2 6 直 接 轉(zhuǎn) 矩 控 制 系 統(tǒng) 原 理 圖 圖中各個(gè)單元器件名稱為： AMM— 異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型 ； UCT— 坐標(biāo)變換單元 ； DMC— 磁鏈自控制單元 ； AZS— 零狀態(tài)選擇單元 ； AMC— 轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元 ； ATR— 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器 ； UT— 逆變器 。 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 調(diào)節(jié)器 原理 通過(guò)前文的介紹，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的 基本 控制方式已經(jīng) 清楚 ， 根據(jù)前文可得到系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)及結(jié)構(gòu)。 （ 3）迅速 減小轉(zhuǎn)矩：施加有效反向電壓空間矢量，定子磁鏈會(huì)進(jìn)行反方向旋轉(zhuǎn)，磁通角迅速減小，使得轉(zhuǎn)矩也迅速減小。其主要控制方法有以下幾方面： （ 1）增大轉(zhuǎn)矩：增大有效電壓空間矢量，使得電壓幅值足夠大，就使得定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度大于轉(zhuǎn)子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，磁通角增大，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩增大。 電壓空間矢量對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 14 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小跟定、傳子磁鏈的幅值和磁通角有關(guān)。由于電壓空間矢量幅值不變，只改變了作用時(shí)間，所以定子磁鏈所圍成的面積發(fā)生改變，作用時(shí)間變短，面積變小，定子磁鏈幅值變小。插入零矢量后，定子磁鏈靜止，由于零矢量的插入，使得旋轉(zhuǎn)速 度變慢，在這期間保持電壓空間矢量作用時(shí)間不變，定子磁鏈幅值不變，電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)恒磁通調(diào)速，即實(shí)現(xiàn)了恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 于是可利用逆變器的六個(gè)工作電壓狀態(tài)可簡(jiǎn)單的得到六邊形的磁鏈軌跡對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。 如下圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 13 7? ?011? ?001? ?101? ?100? ?110? ?010? ?00 0? ?1111S2S 3S 4S5S6S?? ? ?ts?? ?tus 圖 2 5 電 壓 空 間 矢 量 與 磁 鏈 空 間 矢 量 關(guān) 系 根據(jù)磁鏈空間矢量與電壓空間矢量的關(guān)系圖可得出： （ 1） 忽略定子電阻 sR 的影響，可得到定子磁鏈 ??ts? 頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡方 向平行于電壓空間矢量 ??tus 的指向的方向。 其主要優(yōu)點(diǎn)是： （ 1） 結(jié)合了 iu? 模型和 ni? 模型的優(yōu)點(diǎn)，很自然的解決了切換的問(wèn)題； （ 2） 引入 PI電流調(diào)節(jié)器，大大提高了電動(dòng)機(jī)模型的仿真精度； 缺點(diǎn)是： 結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，實(shí)用性差。此外 ni? 模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，角速度 ? 的測(cè)量誤差對(duì)模型影響很大，故需要精密的測(cè)量角速度 ? 。 下式為 ni? 模 型 定、轉(zhuǎn)子 磁鏈計(jì)算公式： ? ?? ????????????????????????????????rrsrrrssLRLiLL11 （ 212） 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 12 ? ?? ????????????????????????????????rrsrrrssLRLiLL11 （ 213） 式中 ： ??r 、??r為轉(zhuǎn)子磁鏈在 ? ? 坐標(biāo)系上的分量； ??s 、 ??s 為定子磁鏈在 ? ? 坐標(biāo)系上的分量。 ? ?tu s IsR?_ ??? ?tis??ψ圖 2 4 U i模 型 原 理 圖 2. ni? 模型 ni? 模型是利用定子電流與轉(zhuǎn)速來(lái)確定定子磁鏈?？傊?0%額 定轉(zhuǎn)速以上時(shí)， iu? 模型法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高。故 iu? 模型在30%額定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，能夠非常準(zhǔn)確的確定定子磁鏈，并且仍要注意溫度對(duì)電阻的影響。 定子河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 11 磁鏈可根據(jù)一個(gè)簡(jiǎn)單公式分析，其公式為： ? ? ? ? ? ?? ?dtRtitut ssss ? ??? （ 211） 用該公式確定定子磁鏈，得到精確的電壓，電流，便于計(jì)算出定子磁鏈。下面分別對(duì)這三種模型進(jìn)行分析。空間電壓矢量狀態(tài)圖如下圖示。對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是 011— 001— 101— 100— 110— 010。 用空間電壓矢量表 示逆變器的 7個(gè)電壓狀態(tài) ，形成了 7個(gè)離散的電壓空間矢量，每?jī)蓚€(gè)工作電壓空 間 矢量在空間的位置相隔 600， 6個(gè)工作電壓空間矢量的頂點(diǎn)構(gòu)成正六邊形的 6個(gè)頂點(diǎn)。 對(duì) 三相定子繞組相電壓 au ， bu ， cu 進(jìn)行 PARK 矢量變換，得到合成量河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 10 ??tus 。 表 22 逆變器電壓狀態(tài)與開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)照表 狀 態(tài) 工作狀態(tài) 零狀態(tài) 1 2 3 4 5 6 7 8 開(kāi)關(guān)狀態(tài) Sabc 011 001 101 100 110 010 000 111 電 壓 狀 態(tài) 表示一 ??tus su ? ?011 su? ?001 su ? ?101 su ? ?100 su ? ?110 su ? ?010 su ? ?000 su ? ?111 表示二 ??tus 1su 2su 3su 4su 5su 6su 7su 表示三 ??tus 1 2 3 4 5 6 7 電壓空間 矢量 由于異步電動(dòng)機(jī)的電壓，電流 ，磁鏈等都是三相電磁量，故 對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析和控制時(shí)， 必須對(duì)三相進(jìn)行 分析 和控制， 比較困難。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 9 表 21 逆變器的 8種開(kāi)關(guān)狀態(tài) 狀態(tài) 0 1 2 3 4 5 6 7 aS bS cS 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 對(duì)應(yīng)于逆變器的 8 種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，對(duì)外部負(fù)載來(lái)說(shuō)，逆變器輸出 7種不同的電壓狀態(tài)。與“ ”級(jí)接通時(shí)，狀態(tài)為“ 0”。由于 aS 與 S a、 bS 與 bS 、 cS 與 cS 之間互為反向，即一個(gè)接通，另一個(gè)關(guān)斷，所以三組開(kāi)關(guān)共有 23=8 種可能開(kāi)關(guān)方式組合。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 8 并且規(guī)定，將旋轉(zhuǎn)空間矢量在 ? 軸上的投影稱為 ? 分量，在正交的 ?軸上的投影稱為 ? 分量 。 該效電路等效電路 是在正交定子坐標(biāo)系上描述異步電動(dòng)機(jī)的 ， 下圖為異步 電動(dòng)機(jī)空間矢量等 電 效電路。即將三相靜止繞組 A、 B、 C變換為兩相靜止繞組 ? 、 ? 之間 的變換，這稱為三相靜止坐標(biāo)系和二相靜止坐標(biāo)系 間 的變換，簡(jiǎn)稱 3/2 變換 。 由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子繞組 間 的互感是定 、 轉(zhuǎn)子相對(duì)位置的函數(shù) ，使得交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型為一組非線性的微分方程式。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，在多繞組電機(jī)中，其磁場(chǎng)儲(chǔ)能為 : mW =21 Ti ? （ 23） 式中 ； Ti = ? ?cbaCBA i i i i ii T ? = ? ?cbaCBA ψ ψ ψ ψ ψψ 根據(jù)能量守恒原理，在異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)，其電磁力矩 eT 等于電流不變時(shí)磁場(chǎng)儲(chǔ)能對(duì) 機(jī)械角位移 m? 的偏導(dǎo) 數(shù)。 ????????????????????caBA??????bC =????????????????????ccbcacCcBcAbcbbabCbBbAacaba aCaBaACcCbCaCCBCABcBbBaBCBBAacAbAaACABA L M M　M MM M L M M MM M M L M MM M M M L MM M M M M LM M M M M M L????????????????????cbaCBAiiiiii （ 22） 式中 ； AL 、 BL 、 CL 、 a L 、 bL 、 cL — 各相 定子、轉(zhuǎn)子 自感，電磁矩陣中其他元素為定子、轉(zhuǎn)子或定轉(zhuǎn)子見(jiàn)的互感。 （ 4） 忽略磁場(chǎng)諧波 ，磁場(chǎng)正弦分布。其省掉了復(fù)雜的矢量變換運(yùn)算與電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化處理過(guò)程，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制手段直接，信號(hào)處理的物理概念明確，是一種具有較高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的交流調(diào)速技術(shù)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 5 2 直接轉(zhuǎn)矩控制 機(jī)理分析 概述 直接轉(zhuǎn)矩控制 (DTC)變頻調(diào)速系統(tǒng)是近十幾年繼矢量變頻調(diào)速技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的一種新型高性能的控制方式。通過(guò)改變控制系統(tǒng)中直接影響電動(dòng)機(jī)性能的轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)器和磁鏈滯環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，通過(guò)仿真得到仿真圖，對(duì)仿真進(jìn)行分析，驗(yàn)證直接轉(zhuǎn)矩控制方法的有效性和可靠性 。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 4 論文工作內(nèi)容 本文工作主要在于介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和原理，并利用 MATLAB/SIMULINK 軟件根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型建立仿真模型。因此實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的直接轉(zhuǎn)矩控制的交流調(diào)速系統(tǒng)具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和世紀(jì)意義。所以最佳開(kāi)關(guān)策的研究是需要探討的問(wèn)題。 （ 3）直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)形成 PWM 脈沖是以產(chǎn)生圓形氣隙磁場(chǎng)為目的，通過(guò)優(yōu)選主回路中電壓型逆變器開(kāi)關(guān)切換時(shí)間，使磁場(chǎng)近