交流电力牵引系统5(直接转矩控制)2016教程.ppt

城市轨道车辆电力牵引与控制 交流牵引电机暂态控制;主要内容; 不同于矢量控制技术，直接转矩控制有着自己的特点，它在很大程度上解决了矢量控制中计算复杂、特性容易受电动机参数变化的影响、实际性能难以达到理论分析结果的一些重要技术问题。它以自己新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静、动态性能受到了普遍的关注并得到了迅速的发展。 ; 矢量控制技术模仿直流电动机的控制，以转子磁场定向，用矢量变换的方法，实现了对交流电动机的转矩和磁链控制的完全解耦。然而，在实际上由于转子磁链难以准确观测，并且系统特性受电动机参数的影响较大，以及在模拟直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换的复杂性，使得实际的控制效果难以达到理论分析的结果。这是矢量控制技术在实践上的不足之处。; 实际表明，采用直接转矩控制的异步电动机变频调速，电机磁场接近圆形，谐波小，损耗小，噪声及温升均比一般的逆变器驱动的电动机小得多。直接转矩控制系统的主要特点有： 直接转矩控制是直接在定子坐标下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。不需要与直流电机进行比较、等效、转化；所以不需要为解耦而简化交流电动机模型，省掉了坐标变换。 采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模型和控制各物理量，使问题变的简单明了。; 强调的是转矩的直接控制效果。其控制方式是，通过转矩两点式调节器把转矩检测值与转矩给定值做滞环比较，把转矩波动限制在一定的容差范围内，容差大小由频率调节器来控制。因此，他的控制效果不取决于电动机的数学模型是否能简化，而是取决于转矩的实际状况。 总之，直接转矩控制技术，用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制交流电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助离散的两点式调节产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。;1、异步电动机的电磁转矩模型;2、异步电动机的磁链模型; 由磁链模型可知，用两个积分器便可计算电机磁链，但实现起来存在下列问题： （1）积分器存在漂移，为抑制漂移需引入反馈通道，反馈通道使输出信号幅值和相移减小，随电机转速和频率的降低，积分器误差增大。 （2）随电机转速和频率的降低，端电压模值减小，由定子压降项补偿不准确带来的误差就越大。 （3）电机不转时，端电压为0，无法通过上式进行磁链，也无法建立初始磁链。 借助于电机的电流模型可以解决上述问题。 ;电压模型：;;逆变器的八种开关状态和逆变器的电压方程;逆变器的八种开关状态和逆变器的电压方程;逆变器的八种开关状态和逆变器的电压方程;电压空间矢量与磁链空间矢量的关系; 磁链空间矢量的顶点会按照与电压空间矢量相平行的方向，沿矢量轨迹运动。;电压空间矢量对电动机转矩的影响;电压空间矢量的正确选择; 区段S1分别向三相坐标系三轴投影，得到该区段内三个磁链分量。其中，在整个区段内， 保持正的最大值， 从负的最大值变到0， 从零变到负的最大值。; 施密特触发器的容差为 ,作为磁链给定值，通过 三个施密发器用磁链给定值分别与三个磁链分量进行比较。 当 上升到正的磁链给定时，施密特触发器输出低电平， 为低电平。反之， 输出高电平。 得到磁链开关信号 的时序图，同理可以得 到 时序图。 磁链开关信号可以很方便地构成电压开关信号，其关系为： ;; 由以上分析得到了电压开关状态顺序的正确选择。 所得电压开关状态的顺序是011-001-101-100-110-010， 正好对应于六边形磁链的六个区段：S1-S2-S3-S4-S5- S6。换句话说，按顺序依次给出电压空间矢量 就可以得到按逆时针旋转的正六边形磁链轨迹。 同时解决了所选用空间矢量给出时刻的问题。这个时刻就是磁链分量达到磁链给定值的时刻。 ; 前面我们阐述了直接转矩控制系统的基本概念、基本控制原理。所谓“直接转矩控制” ，其本质是：在异步电动机定子坐标系中，采用空间矢量的数学分析方法，直接计算和控制电动机的电磁转矩。 ; 一台电压型逆变器处于某一工作状态时，定子磁链轨迹沿着该状态所对应的定子电压矢量方向运动，速度正比于电压矢量的幅值。利用磁链的棒棒控制切换电压矢量工作状态可使磁链轨迹按照六边形运动。如果要改变定子磁链矢量的旋转速，可引入零电压矢量。在两状态下，电压矢量等于0，磁链停止旋转不同。利用转矩的棒棒控制交替使用工作状态和零状态，使磁链走走停