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高性能地铁动车电传动的直接转矩控制 高性能地铁动车电传动的直接转矩控制 钱明华 (湖南·湘电股份公司电气研究所 411100) 摘 要：本文针对矢量控制理论在对三相异步电动机进行调速控制实践中出现的难点和不足，阐述了用电压空间 矢量的概念在定子坐标上分析交流异步电动机的数学模型，从而对电动机的转矩进行直接控制的新颖思想。论述了转 矩模型、磁链模型相关因子的函数关系及基本结构，对选择不同的电压空间矢量形成六边形及圆形磁链轨迹的方法、 策略及地铁动车在不同速度段所采取的不同的控制技术和方法作了分析介绍。 关键词：直接转矩控制；空间矢量；转矩模型；磁链模型 鉴于上述理由，在上个世纪80年代中期，德国 1 前 言 鲁尔大学的Depen—brock教授首先提出了一种全新 矢量控制技术以其完善的控制理论基础为三相 理念的交流变频调速技术——异步电动机的直接转 交流异步电动机能象直流电动机那样具有优异的调 矩控制技术。 速性能的梦想的实现开辟了一条光明之路。实践证 2 三相交流异步电动机的直接转矩控制 明，在矢量控制技术理论的指导之下，三相交流电动 机的调速技术取得了突飞猛进的发展，加之电力电 直接转矩控制是用直接选择逆变器开关状态的 子技术的长足进步，以交流调速系统全面取代直流 异步电动机高性能调速传动的控制方法。其简称 调速系统的趋势已不可逆转并且进展神速。 DTC，为Direct Torque Coutrol的略写。 然而在对三相交流异步电动机以矢量控制技术 2．1 三相交流异步电动机DTC的特点 进行调速的工程实践中，为达到能和直流电动机一 ①直接转矩控制在定子坐标下建立分析交流电 样优异的调速性能．要将被控量由矢量向标量进行 动机的数学模型。用转矩直接控制转矩．用磁链直接 转换以便能独立地分别进行控制，随之又须将被调 控制磁链．所以无须像矢量控制那样为了交流电动 节后的标量还原成交流矢量以控制交流电动机的运 机数学模型的解耦、简化，频繁地进行坐标变换。无 行状态，所以要多次进行坐标的变换和反变换，造成 须复杂的计算，也无须模仿直流电动机的控制，使控 控制系统过于复杂。 制系统结构简洁明了。 同时．以转子磁场定向受转子参数变化的影响 ②直接转矩控制将逆变器和电机看作一个整体 很大．并且在实践中转子磁链是很难准确观测的，有 进行控制，采用离散的空间电压矢量对三相交流电 时从工艺和技术上来说甚至是不允许的。如用直接 动机进行控制，使控制结构简明、直接。 检测磁通作为反馈信号，则须在电动机槽内安装探 ③直接转矩控制以定子磁链作为被控量，而不 测线圈．由于电机齿槽的影响．导致测得的磁通脉动 象矢量控制那样选择转子磁链，这样只要知道电机 很大．使检测精度降低．同时还对电机绕组运行的安 定子的电阻就可以将定子磁链测量出来．而定子电 全、可靠性产生不良作用。 阻是很容易测量的一个参数。这样使电机参数对控 更重要的是矢量控制技术受三相异步电机参数 制性能的影响大为降低。 影响很大，如电机的温升和转速的变化、磁饱和程度 ④直接转矩控制以转矩直接控制转矩．而不象 的变化都会造