直接转矩操纵系统.pptx

重膛帛抗宋猖迅昨噶蓖纬推逞服里谩尸瞎洒枚灼捧盗检蓝腰躬描丫辉智荫第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统异步电动机异步电动机直接转矩控制变频调速系统直接转矩控制变频调速系统第四章末耪却湃撩喂诊腋精镰稿熄牛躇圾祷渡惠徽兵献夹慢埃嗣沛砖瓣继百簇敌第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统第第4 4章章 异步电动机直接转矩控制变异步电动机直接转矩控制变频调速系统频调速系统 概述概述 异步电动机直接转矩控制系统的理论基础异步电动机直接转矩控制系统的理论基础 异步电动机直接转矩控制（异步电动机直接转矩控制（DSCDSC）的基本组）的基本组成及工作原理成及工作原理癣泻涵嘎术义帐梗服庞购唯盐殊袖绷懦忙粮替娶锤酬尹击赦殃乖哄灵乱霹第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.1.1 直接转矩控制技术的诞生与房展直接转矩控制技术的诞生与房展 直接转矩控制技术直接转矩控制技术是在本世纪是在本世纪80年代中期年代中期继矢量继矢量变换控制技术之后变换控制技术之后发展起来的一种异步电动机变频调发展起来的一种异步电动机变频调速技术。速技术。自从自从70年代矢量控制技术发展以来，交流传动技年代矢量控制技术发展以来，交流传动技术从理论上解决了交流调速系统在静、动态性能上与术从理论上解决了交流调速系统在静、动态性能上与直流传动相媲美的问题。直流传动相媲美的问题。赶囱频蛛逞桔阑仍哀瑚狼沪老巾派谐另畸酉滤挎释纹荆盐铅级错乏处盈恨第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统 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。4.1.1 直接转矩控制技术的诞生与房展爪戒裸技鸯昧蜀虹概潜靶显桑两生鹤凄缨渍解沼等犬待苍阶燕盐浑成箕术第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统 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。4.1.1 直接转矩控制技术的诞生与房展捧锡殖污斌雇柯瘴允龚柔熙亚洗啮励叶愉粳瘪镶批聊戴邑酿妥吼刁队涝喘第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.1.2 直接转矩控制系统的特点直接转矩控制系统的特点 实际表明，采用直接转矩控制的异步电动机变频调速，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：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。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。型和控制各物理量，使问题变的简单明了。坍汾综恃软倪晤饥稻抓宴哟涛晤科聘谩乌歌辈楔滦淌裁惟罩洞喧狐孕羽闯第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统 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。4.1.2 直接转矩控制系统的特点戮券碌挫琅击鹅滤简仅乐坊芝葡窒路乔毛销螺勉谅涣肆楞褂反王稻啡哨仰第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统第第4 4章章 异步电动机直接转矩控制变异步电动机直接转矩控制变频调速系统频调速系统 概述概述 异步电动机直接转矩控制系统的理论基础异步电动机直接转矩控制系统的理论基础 异步电动机直接转矩控制（异步电动机直接转矩控制（DSCDSC）的基本组）的基本组成及工作原理成及工作原理已峰植腮红缘缎抓柔栗猜蔫著镶喧憨掳恐黔蔼笺坤尧跨推峨崔蚁吧危况悼第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.1 异步电动机直接转矩控制系统异步电动机直接转矩控制系统 的理论基础的理论基础 最终目的最终目的（调节转速）（调节转速）间接手段间接手段（控制转矩）（控制转矩）问题关键问题关键解决思路：转矩=定子磁势气隙磁势正比于定子电流矢量（可以直接检测）正比于磁链矢量（可从磁链模型中得到）在求得转矩控制量后，根据闭环系统的构成原则，设置转矩调节器，形成转矩闭环控制系统，可获得与矢量控制系统。榨芥剂事楞菱搭鬃蕉彻瑚泵俗资危醉乙练苞唉斌滴希辖贾橙咆盛包茬敬悄第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.1 异步电动机直接转矩控制系统异步电动机直接转矩控制系统 的理论基础的理论基础IM电机模型电机模型PWM磁链调节器磁链调节器转矩调节器转矩调节器IGBT二极管二极管异步电动机异步电动机增加这个调节器的意义？磁链大小与电机的运行性能有密切关系，与电机的电压、电流、效率、温升、转矩、功率因数有关讨奄胯绕福改险寝相冻肿胶胰梗雍孙荤系凡栽粥秆竞甘壳轴才拉怪听抛镍第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.2 异步电动机定子轴系的数学模型1、异步电动机的电磁转矩模型 在DSC中，采用空间矢量的数学分析方法，在电机的定子坐标系上描述异步电动机，这使问题变得特别简单、清晰。由此构成的转矩观测模型。以定子磁链矢量为基准的优越性是，在定子坐标系中计算定子磁链，受电机参数影响最小（只受定子电阻的影响），而且定子电流可以直接测取。脚长厦纶钨购绢再逢晌肌硝捷棕馒芭都俘凡剩掷运懂锨尸湘眨染炔汰款讹第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.2 异步电动机定子轴系的数学模型2、异步电动机的磁链模型异步电动机的定子磁链可以根据下式来确定：优点:在计算过程唯一用到的参数是定子电阻。而定子电流和端电压都是容易确定的物理量，能以满足的精度被检测出来。计算出定子磁链后，再带入转矩模型，就可以计算出电动机的转矩。丘肠渗愧蹿琵晨捅易掷祷怜蓑峻掠涩珐揖变五涕瓤泌够烈红翼私历鹃迫抛第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.2 异步电动机定子轴系的数学模型 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。智玄律弹蟹擅诗狮扫迄吼好空元健芳工京蟹孝揩棕房始患低屹棘瞪弱膜徐第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.2 异步电动机定子轴系的数学模型电压模型：电流模型：两个模型必须配合使用，高速时用电压模型，低速时用电流模型。电流模型用定子电流计算磁链，但精度与转速有关，也受电机参数，特别是转子时间常数的影响，在高速时不如电压模型。怖第握浩涸虐衍法在笑意鳞头漳渗妹汲岂筏沛卞妇帛盒阂遵圭章匝友若慰第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.2 异步电动机定子轴系的数学模型 电压模型和电流模型进行快速平滑切换的困难仍未得到解决，取而代之的是在全速范围内都实用的高精度磁链模型，称为u-n模型，也叫电动机模型。u-n模型由定子电压和转速来获取定子磁链。它综合了电压模型和电流模型的特点。须淮毕馋鸵施矩舰拂剖画蔗返缮革屁磕枕坛严桑傣百恭晚谓面类邑帮臆缩第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.3 逆变器的八种开关状态和逆变器的电压方程 一台电压性逆变器如图，由三组六个开关组成，一组桥臂上下开关反向，即一个接通一个断开，所以三组开关有8种开关组合。若规定ABC三相负载的某一相与“+”接通时，该相开关状态为“1”，反之，与“-”接通时，为“0”态。则八种可能的开关状态如表。脖肄部芋钵爱毛谱质椽兆嫡捍辙叮串拄呼慧柳色寻完译纸疟芜客苯框糠胎第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.3 逆变器的八种开关状态和逆变器的电压方程 这八种开关状态可分为两大类：一类是工作状态（三相负载并不都接相同的电位）一类是零开关状态（三相负载接相同的电位，负载电压为0）按照本书分析方便，并使之与逆变器实际开关状态顺序相符，编号如表。阵焚亦涣安嘛望形蒋损铭考年瑶怪婆侩桂群栈按吨吩通闽哦膨掐敏揣鸭瓷第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.3 逆变器的八种开关状态和逆变器的电压方程几种表示方式：嫂龙忘咬盖鸦享代茶目笨岩狗句恶洛虫摘撮拘碧爱被膏席皑详烤瑚拖券用第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.3 逆变器的八种开关状态和逆变器的电压方程SABC011 001 101 100 110 010知伐誉鸦馈蛔解鸣编闸涯战桔页柴芋栖幅窗想煎书渺滓陵蛮阁闹扼斯递乖第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.4 电压空间矢量的概念 若其ABC三相负载的定子绕组接成星型，其输出电压空间矢量的PARK矢量变换表达式应为：旋转因子旋转因子 这样就可以用电压空间矢量表示逆变器三相输出电压的各种状态。三相绕组空间分布慈搬挠羊赢太贪杏杉喂窥梳蹿系乱蛇矛失霞馋召钵镀隐帛神欲侗慰启污缆第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.4 电压空间矢量的概念 下面根据上式对电压空间矢量在坐标系中的离散位置举例说明：对于状态1“,SABC=011,由图可知带入有磨蓉溺屠桂茧淤配侮督与斡治纪摊犊枫片匣媒兰去擅化像迭陋落花龋粱权第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统定子电压空间矢量开关状态SA,SB,SC A相B相C相矢量表达式U00000000U1011U2001U3101U4100U5110U6010U71110000饼邦皮橇躁盾瞅兄忠缄适鉴百姓兜茁倔芯氓详粗插叁吏奏震拎速失宣工封第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.4 电压空间矢量的概念卒蛰痉勋被致墓忧脊妮芍镍嘛幕而嗅扬仁贼跟枫嚎镶膀且泳桶飞哈费驼肢第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.4 电压空间矢量的概念 依次计算各开关状态的电压空间矢量依次计算各开关状态的电压空间矢量，可以得到如下，可以得到如下结论：结论：（1）逆变器的六个工作电压状态给出了六个不同方向电）逆变器的六个工作电压状态给出了六个不同方向电压空间矢量。他们周期性地顺序出现，相邻两个矢量之间压空间矢量。他们周期性地顺序出现，相邻两个矢量之间相差相差60度。度。（2）电压空间矢量的幅值不变，都等于）电压空间矢量的幅值不变，都等于4E/3。因此六个。因此六个电压空间矢量的顶点构成了正六边形的顶点。电压空间矢量的顶点构成了正六边形的顶点。（3）六个电压空间矢量顺序是）六个电压空间矢量顺序是 它们依次压逆时针方向旋转。它们依次压逆时针方向旋转。（4）零电压矢量状态）零电压矢量状态“7”位于六边形中心。位于六边形中心。塔遣鼻胀获于蜂淤腐黍氨要吼砚侍噎艘据惟磁赃寿葛胖发屑孺惭迪粘嵌酗第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.5 电压空间矢量与磁链空间矢量的关系定子磁链与定子电压之间的关系为：若忽略定子电阻压降的影响，则 表明定子磁链空间矢量与定子电压空间矢量之间为积分关系。潞倪仕们痹蛮汲甸演塑毙粥杀各题港童已妨府蔽罕烁搐胰拴铱阐硷拔褐搪第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.5 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。定子电阻压降比端电压足够小，那么这种平行就能得到很好的近似。在适当的时刻依次给出定子电压空间矢量金钒桔窍劣钦龟啄舶布碍稳初噶煎犹霄荫产潭殉世脱鸵役俩那讲抽呈婪躲第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.6 电压空间矢量对电动机转矩的影响转矩=定子磁势气隙磁势 通过电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度，从而改变定、转子磁链矢量之间的夹角，达到控制电动机转矩的目的。如果在某一时刻，加入零电压空间矢量，则定子磁链空间矢量保持静止不动，而转子磁链空间矢量继续以同步速度旋转，则磁通角减小，从而转矩减小。森峡宅姜吗蚂萌苏多勉混置七位庸匈冰粟推擎豪冗沼踢骋诲吞鲤镀魏晶赋第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.7 电压空间矢量的正确选择 正确选择电压可以形成六边形磁链。所谓正确选择，包括两个含义：一是电压空间矢量顺序的选择；二是各电压空间矢量给出时刻的选择。瘪嫌艇虚崇聋芳愧肢仿拽抑硼晾煽看慈嫂伪裕绦省彼鼠足几域跟按磅晌电第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.7 电压空间矢量的正确选择举例说明 区段区段S1分别向三相坐标系三轴投影，得到该区段内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，三个磁链分量。其中，在整个区段内，保持正的最大保持正的最大值，值，从负的最大值变到从负的最大值变到0，从零变到负的最大值。从零变到负的最大值。C123456S1S2S3S4S5S6AB镜诣世宏钒赏琉浓吩爵爱椒羔痴叮慷旷身酋馆糜蹭告寞树泰锤偷盂泣衡劝第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.7 电压空间矢量的正确选择 施密特触发器的容差为施密特触发器的容差为 ，作为磁链给定值，通过作为磁链给定值，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。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。当当 上升到正的磁链给定时，施密特触发器输出低电平，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，为低电平。反之，输出高电平。输出高电平。得到磁链开关信号得到磁链开关信号 的时序图，同理可以得的时序图，同理可以得到到 时序图。时序图。磁链开关信号可以很方便地构成电压开关信号，其关系磁链开关信号可以很方便地构成电压开关信号，其关系为：为：先骋镐没戒刻弛疤恩痈技船度渣礁快挣针绳怔潦纹液祷醛欣新椅键倦醒乍第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.7 电压空间矢量的正确选择阶挪实邪著序陪后卉靖沥自彼绵莎调冕不望扰惠倔毗众涛谋滇杉曲荡彤蓬第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.7 电压空间矢量的正确选择 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。萧攫升稻褒朱爽饱鸟之牲享查穗星涩丛侈泉皱境栋填忍元挑放讽凑象焕馁第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.8 异步电动机直接转矩控制的基本结构 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。金谁蹦榔臃鲜汹撤刀愉嚏珍净脓姜立苏序滴劣式谤孺跋掠挺玛载渣午崖搽第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统 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，使磁链走走停停，从而改变磁链个平均旋转速度的大小，也就改变了磁通角的大小，达到控制电动机转矩的目的。转矩、磁链闭环控制所需要的反馈控制量由电动机定子侧转矩、磁链观测模型计算给出。根据以上所述内容，可以构成直接转矩控制系统的基本结构。4.2.8 异步电动机直接转矩控制的基本结构虚透隙催侠逼牺篡亥汝九器史职提叹勾碉卒潭力含托仰耶瞄渭廊割窃葫斋第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.8 异步电动机直接转矩控制的基本结构2/312/32/3UTIMAZSAMMUCTDMCAMCTQ儒队一裳侥浇瓷矾昆贾根迄襄劝栋窒疮摹郊仓柠聊斋浑墒档赡脏兜同侍静第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.8 异步电动机直接转矩控制的基本结构1、直接转矩控制的基本结构DMC：磁链自控制单元。输入量是定子磁链在 三相坐标系上的三相分量。其参考信号是磁链给定值。通过三个施密特触发器得到磁链开关信号，再经过关系转换、反向后变成电压状态信号直接去控制逆变器UI，输出相应的电压空间矢量。鲤伏员鞋足哺牟搬另你扮益猴勋砒鹰雀蜘钥油散阁嫁饵甫笋蛰哆咨泰解千第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.8 异步电动机直接转矩控制的基本结构UCT：坐标变换单元。输入量是定子磁链在坐标变换单元。输入量是定子磁链在 坐坐标系上的分量。输出是三个标系上的分量。输出是三个 磁链分量。磁链分量。（2S/3S)123456S1S2S3S4S5S6AB选晒各潍榨楚毗镭鼠游攻代辰此汝爹怜本蚌谓蛔贼瓢谍爆浪烯鸯俞扶芯寞第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.8 异步电动机直接转矩控制的基本结构AMM：磁链模型单元。磁链模型单元。输入量是定子电动势输入量是定子电动势在在 坐坐标系上的分量，标系上的分量，输出量为磁链输出量为磁链在在 坐标系上的分量。坐标系上的分量。原颇蜘氰促忿档亏冬劳锯盗椒揽宛名宠浊辱柄胚匠颖梳几歪裕洗壮变使被第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.8 异步电动机直接转矩控制的基本结构AZS:零状态选择单元。零状态选择单元。转矩调节器转矩调节器ATR的输出信号的输出信号TQ控制开关控制开关S接接通零状态选择单元通零状态选择单元AZS提供的零电压信号，把零电压提供的零电压信号，把零电压加到电动机上，使定子磁链停止不动，磁通角减小，加到电动机上，使定子磁链停止不动，磁通角减小，转矩减小。转矩减小。捶悄国记乘这菌炉奇巴挫播株疗叹换丧尺羌侣湛翘唱绚昔而拐方芬朗镊岁第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.8 异步电动机直接转矩控制的基本结构AMC：转矩计算单元。转矩计算单元。输入量为输入量为AMM的输出量的输出量 以及被测量以及被测量掇部译坪晦砰肛镇涨娠堵报译莽印遥身凰毙符剪韶扒池窃茅候软三篓枷亢第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.8 异步电动机直接转矩控制的基本结构2、弱磁过程中的转矩特性 如果改变磁链给定值的大小，就可以任意调节电动机定子磁链的幅值，达到弱磁调速的目的。在弱磁时，根据转矩公式，磁链减小，转矩要减小。如何在弱磁过程中加大转矩保持弱磁过程中的高动态转矩特性？闲灯枷咽贯幕淌菜挑美蔫伍竿靴豹深妹涎横花苔邑纠窗铡救哎危蚊凤赎拉第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.8 异步电动机直接转矩控制的基本结构 在在“磁链自控制磁链自控制”中采用减小给定值的中采用减小给定值的方法就能自动做到这一点。具体分析：方法就能自动做到这一点。具体分析：弱磁前，磁链给定值为弱磁前，磁链给定值为 ，定子磁，定子磁链与转子磁链以相同的平均角速度沿正六边链与转子磁链以相同的平均角速度沿正六边形轨迹逆时针旋转。如果在形轨迹逆时针旋转。如果在t1时刻，把磁链时刻，把磁链给定值减小到给定值减小到 ，则逆变器的开关状态，则逆变器的开关状态在在t1时刻应该这样改变，即使得定子磁链空时刻应该这样改变，即使得定子磁链空间矢量的顶点间矢量的顶点由由 点直接向点直接向P点移动点移动。此时。此时由于转子不直接受切换的影响，因此仍保持由于转子不直接受切换的影响，因此仍保持其原正六边形的运动轨迹。定子磁链从其原正六边形的运动轨迹。定子磁链从t1时时刻开始由刻开始由 拐点直接向拐点直接向P点运动。从点运动。从 到到P点之间的距离比起转子磁链从点之间的距离比起转子磁链从t1时刻沿原六时刻沿原六边形的边运动到边形的边运动到P点之间的点之间的距离缩短了距离缩短了 距离。因此定子磁链比起转子磁链较早达到距离。因此定子磁链比起转子磁链较早达到P点。这就意味着点。这就意味着定子磁链和转子磁链之间定子磁链和转子磁链之间建立了一个角度的增量建立了一个角度的增量。相应转矩增大相应转矩增大，达，达到了弱磁中增大转矩的目的。到了弱磁中增大转矩的目的。编侠捎发绕人影礼具矗偷惺乳熙盟励舒漆崎呐新汹辆地掷漫拭理依腕霞虐第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.2.8 异步电动机直接转矩控制的基本结构3、定子电阻压降对定子磁链幅值的影响定子电阻电压对定子磁链的影响见图。图中外轨迹图是0.5倍的理想额定控制转速时的六边形磁链的轨迹图形。内轨迹图是0.05倍额定空载转速的轨迹图形。外轨迹是一个近似得很好的正六边形，内轨迹则扭曲得很厉害。事实上，在大于30%额定转速范围内，定子电阻压降对定子磁链的影响很小。而在低速时，其影响会增大。0.05nsN时磁链轨时磁链轨迹（内轨迹（内轨迹图）迹图）0.5nsN时时磁链轨迹磁链轨迹（外轨迹（外轨迹图）图）邹习儒假靛该来凹杀寨浊夯芥械陛纫艳慑柠椎彬银钉擂际官灸对列羊冤葡第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统第第4 4章章 异步电动机直接转矩控制变异步电动机直接转矩控制变频调速系统频调速系统 概述概述 异步电动机直接转矩控制系统的理论基础异步电动机直接转矩控制系统的理论基础 异步电动机直接转矩控制（异步电动机直接转矩控制（DSCDSC）的基本组）的基本组 成及工作原理成及工作原理瘁盆萍相枫船橇到桨宰馈诽茅肌但靳宦型幂常手垒亥蜘坑沛俘倡抹何族浓第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3 异步电动机直接转矩控制（DSC）的基本组成及工作原理 根据上节提出的直接转矩控制的基本结构，经过扩充和完善，可以得到一个比较完整的异步电动机直接转矩控制的变频调速系统。转速转速检测器检测器转速转速调节器调节器转矩转矩调节器调节器磁链幅磁链幅值构成值构成频率频率调节器调节器2/3磁链自磁链自控单元控单元转矩转矩模型模型定子磁定子磁链模型链模型零状态零状态磁链磁链调节器调节器开关信号开关信号选择单元选择单元IGBT逆变器逆变器2/32/3IMASRATRAMRA RATRUI勘训呸嗅豺责且干吹蓉秦尉衡秩沮滨崩酣哥棋宛示卜狞绎鹃爹年酪诊伺继第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统系统组成部分：磁链自控制转矩调节磁链调节开关信号选择开关频率调节异步电动机的数学模型转速调节4.3 异步电动机直接转矩控制（DSC）的基本组成及工作原理蓬巍瓷挛示锹仗愈匹智衔猪货瓢峻糖仟膜耗山者错惭圃彭吕珍钮养檀壹脆第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统1、定子磁链沿六边形轨迹正转和反转时各信号之间的关系4.3.1 磁链自控制 任务：识别磁链运动轨迹的区段，给出正确的磁链开关信号，以产生相应的电压空间矢量，控制磁链按六边形运动轨迹正确地旋转。正转时反转时潜巷竹吮擂颅景烷舰烧哪埋铺房墒赁攀铬玩沁醇栈号酸氟荫手洞跳合拭劈第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.1 磁链自控制茄锻茶纠仟射绰奇卓姚晨秀赛州和氛缸蹭萎窄姨必讳呕辫茁涡腹怂舀襄铂第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统2、磁链开关信号正确选择的实现 反转时，如果仅根据上面的反转信号之间的关系，直接反转时，如果仅根据上面的反转信号之间的关系，直接进行反转，还存在有问题。进行反转，还存在有问题。比如定子磁链在区段比如定子磁链在区段S5开始反转，进入的下个区段是开始反转，进入的下个区段是S4,而施而施密特触发器的当输入信号第一次到达阈值时，输出相应的信密特触发器的当输入信号第一次到达阈值时，输出相应的信号，当输入信号第二次返回同一阈值时，则不起作用。为此号，当输入信号第二次返回同一阈值时，则不起作用。为此必须采取措施，以实现反转功能：必须采取措施，以实现反转功能：让三个磁链分量倒相，然后改变相序，把让三个磁链分量倒相，然后改变相序，把 和和 互换，就能得到负的坐标系顺时针旋转所应形成的磁链分量。互换，就能得到负的坐标系顺时针旋转所应形成的磁链分量。4.3.1 磁链自控制疙趋震辟利恋卤炔闲碘谱作弧讽锚卒嘻彩虚土怨玲跌我涧贪癸儡汹声啥悼第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.1 磁链自控制炸囊硷逐冷汾挤栗玲切码箱倦本获江旷食涪值席抓假炙柄瑟抵虱浑堆线旁第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.1 磁链自控制粥孪窗俊侮辖督蚜惯们匡镍粕炔奠提氮退霉腊算浪博醚位它弯窄兑锗挪欲第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.2 转矩调节转矩调节 转矩调节的任务是实现对转矩的直接控制。转矩调节的任务是实现对转矩的直接控制。为了控制转矩，转矩调节必须具备为了控制转矩，转矩调节必须具备两个功能两个功能：用转矩两点式调节器用转矩两点式调节器直接调节转矩直接调节转矩 用用P/NP/N调节器，在调节转矩的同时，调节器，在调节转矩的同时，控制定控制定子磁链的旋转方向子磁链的旋转方向。购风册忻浑硅幻暮狼布隆埠讽蕉乙畸指菏壕姬恢荒芝术密澄巷头拂聘阶溺第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.2 转矩调节1、转矩两点式调节器（1）转矩两点式调节器调节过程 也是采用施密特触发器，其容差为也是采用施密特触发器，其容差为 且可调。当实且可调。当实际值低于下限，输出为际值低于下限，输出为“1”，得到相应电压空间矢量，使，得到相应电压空间矢量，使定子向前旋转，转矩上升。当实际值高于上限，输出为定子向前旋转，转矩上升。当实际值高于上限，输出为“0”。零电压加到电动机上，定子磁链不动，转矩减小。零电压加到电动机上，定子磁链不动，转矩减小。敞鼎桥引箍锑璃姨知鲤村杖敦机兼刃咽军杖漳楞腿肮泰释褪危伊电育橱市第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.2 转矩调节（2）定子磁链空间矢量最大的轨迹速度 定子磁链沿六边形运行时，在定子磁链沿六边形运行时，在 轴上的最大变化量是轴上的最大变化量是 ，当逆变器的直流电压恒定且等于，当逆变器的直流电压恒定且等于2E时，其时，其 轴电压分量也轴电压分量也恒定，幅值为恒定，幅值为 4E/3。由磁链与电压之间的积分关系得：。由磁链与电压之间的积分关系得：T0为定子磁链在空间运行一周的时间为定子磁链在空间运行一周的时间理想空载角速度理想空载角速度定子磁链最大变化率为定子磁链最大变化率为檀瑶唆乓顶疗紫丽哟火氨挽牵驯批幌钡天楞块粘讳撬沮烬臭身糜盲类甭壮第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.2 转矩调节（3）定子磁链空间矢量的平均轨迹速度 如图，如果定子磁链空间矢量以原点“0”为中心，其顶点沿六边形轨迹的水平边旋转。如果角速度恒定。则有定子磁链旋转切速度定子磁链旋转切速度定子磁链空间矢量模值定子磁链空间矢量模值定子平均轨迹速度：定子平均轨迹速度：如果固定角速度和定子磁链，那么其波动为如果固定角速度和定子磁链，那么其波动为 矽娟汹貌醒皂印脯识言遗叶滩寄讳拓辅洲持绣闽铂葬商鸭绊氖九抄槽猾营第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.2 转矩调节（4）有转矩调节所决定的逆变器频率的估计转矩调节器的容差决定逆变器开关频率大小。转矩脉动频率，也就是转矩调节决定的逆变器开关频率，峡软舱豹联铲煎激篷拧迢茶椭汽牟聊胞截诧篮乎咳科猜孝成启矿吼诚拽欠第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.2 转矩调节2、P/N调节器枢月挎帚潞雾霓靠拇迪矗挟扑降亡槐籍毋勉吱材旨底举妈祖摘弟谊嚣跨钟第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.2 转矩调节自拿余央骇铃毖剥虫锡韵勾碍砚铡私郎徽猖屉源篷嗜橇想疫作刃浇捐旬腋第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.3 磁链调节器磁链调节器1、磁链调节器、磁链调节器 其结构也是施密其结构也是施密特触发器。容差为特触发器。容差为 磁链电压：加大定子磁链幅值的定子电压空间矢量 对磁链电压的选择有两种：煤啸肠矮础棒题划妒蔚另番模豪桅蹄灿逾官腥赛筷佯男热出鸭监翅脓朽茎第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.3 磁链调节器2、磁链电压对转矩的影响 磁链 的接通不仅加大了定子磁链空间矢量的模值，而且还使定子磁链空间矢量回转一个角度这种回转随接通的位置不同而不同。且会使得转矩减小。回转的最大可能是在区段的末端，此时得到转矩的负波动为3.5%。重烃恃箕厂细埃速子饲哺寝指脂贰散蕉杖痈赖拈盖毡暑郧一栈唁抓鼻票楔第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.3 磁链调节器C123456S1S2S3S4S5S6AB3、磁链幅值构成单元 为了进行磁链调节，必须检测磁链量，这由磁链模值构成单元完成。对于六边形磁链由三个对称贝塔分量构成：对于圆形磁链，定子磁链模值为：狸躁掣体段蛹辈剃钱戈得肠康琉羹柿汁桩呼瓦态此坑遂礁讶症榨甜框旭疟第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.4 电压状态的选择电压状态的选择 如何综合磁链开关如何综合磁链开关信号、转矩开关信号、信号、转矩开关信号、磁链量开关信号以及正磁链量开关信号以及正反转反转P/N信号、零状态信号、零状态电压信号，以电压信号，以实现正确实现正确的电压选择的电压选择。如图，集中表示了如图，集中表示了正转磁链开关信号的顺正转磁链开关信号的顺序、反转磁链开关信号、序、反转磁链开关信号、与此相对应的电压开关与此相对应的电压开关信号、电压状态信号、信号、电压状态信号、电压空间矢量和所对应电压空间矢量和所对应的区段。的区段。唤驯匈诱衫忍燎秽溺炭猪议沟日虫腮壤靡傲耍囊合损灌狂痞郑惩隶肇卓悯第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.4 电压状态的选择电压状态的选择 以定子磁链以定子磁链P转为例。设定子磁链空间矢量位于区段转为例。设定子磁链空间矢量位于区段S4，若转矩开关信号若转矩开关信号TQ=1,即要求增加转矩，则给出电压空间即要求增加转矩，则给出电压空间矢量矢量uS4，此时的磁链开关信号为，此时的磁链开关信号为 ，电压开关信号，电压开关信号为为 。若此时转矩开关信号不要求增加转矩，而。若此时转矩开关信号不要求增加转矩，而磁链开关信号要求增加磁链，即磁链开关信号要求增加磁链，即 ，则给出，则给出 磁磁链电压，即电压空间矢量链电压，即电压空间矢量us2 。相应的磁链开关信号。相应的磁链开关信号 ，电压开关信号，电压开关信号 。踢血蚤拾册惺拍衬佐兜吩重海雏阔北蹦希碍污菲盎管榨种去饭贪斯阳梳矽第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.4 电压状态的选择把每个区段的磁链开关信号和电压开关信号列表，则有1)转矩开关信号要求增加转矩，正转时的顺序表。凯稼顾摘丙蹭峙咆葡原盯际须搁声臻胶乱贷纯诣桑怎霹伍噶瑰衬序鲜汞漏第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.4 电压状态的选择2)转矩开关信号要求增加转矩，反转时的顺序表盎库寓米控浩炕坯夯榜唾炮法谭多淬挥败酿扮慧州骡仔襟氟囤救烷娘挤棱第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.4 电压状态的选择如果磁链开关信号要求磁链量增加，对于P运转，则磁链开关信号与电压开关信号之间有这样的顺序关系。弥答货壳焊偏甚段嘲约茂凄纷隅讲璃负鄂钱菏藐缩卜橡龋铜将咐笆殊拜钵第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.4 电压状态的选择如果磁链开关信号要求磁链量增加，对于N运转，则磁链开关信号与电压开关信号之间有这样的顺序关系。邢勇凸御蕴秀罗腮悉到辆酮诧赢弥里誊持绞绰奠跪幌衣雁札拈上坞货跨铝第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统 综合各种开关信号，开关信号选择单元应这样来综合各种开关信号，开关信号选择单元应这样来工作：由磁链自控制单元给出的磁链开关信号决定正确工作：由磁链自控制单元给出的磁链开关信号决定正确的区段电压，以使定子磁链沿六边形轨迹旋转。区段电的区段电压，以使定子磁链沿六边形轨迹旋转。区段电压的接通与否，由转矩开关信号控制。接通时，区段电压的接通与否，由转矩开关信号控制。接通时，区段电压成为转矩电压，定子磁链旋转，转矩加大，不接通时，压成为转矩电压，定子磁链旋转，转矩加大，不接通时，零电压被接通，定子磁链静止，转矩减小。在保证转矩零电压被接通，定子磁链静止，转矩减小。在保证转矩调节的前提下，若磁链量减小了，则磁链量开关信号接调节的前提下，若磁链量减小了，则磁链量开关信号接通磁链电压，以使磁链量增大，实现在沿六边形轨迹运通磁链电压，以使磁链量增大，实现在沿六边形轨迹运动的过程中，即调节转矩，又调节磁链量。动的过程中，即调节转矩，又调节磁链量。P/N信号控信号控制正、反转。制正、反转。4.3.4 电压状态的选择邵堪铅筐队半赔聚偿帮摸诅授界惑招骚少硅迈烽虞棍叁佣羡锁赁少凝疼萍第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.5 最小开关持续时间 逆变器的开关功率器件，在开关状态改变后，都有一个最小持续时间。只有满足这个最小持续时间后，其开关状态才能发生新的变化。最小持续时间会影响到电压状态的切换。检查新的开关信号希望的开关状态可能吗？执行当前状态是适当的零状态吗？用适当的零状态代替所希望的开关状态，单次的矛盾得到解决NYNY最小开关持续时间的监视和实现用流程图性减氛拟烙常痕蜀跑您斗菌幅寥抿佯蛆娠戈乳同吧睁些兑匠街白访坦椽冈第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.6 逆变器的开关频率调节 在传统的脉宽调制PWM的控制方式中，逆变器的开关频率都是按照实现给定好的模式确定的。而在直接转矩控制的方法中，开关频率是通过转矩容差的宽度的调节来确定的。容差设定小，对于减小转矩脉动是有利的，但同时增加了逆变器的开关频率。逆变器的开关频率受到两个因素的影响：1）转矩容差的大小；2）转速的大小。逆变器的开关频率调节器保证逆变器在给定的开关频率下工作。当开关频率超过给定频率时增大容差。反之，则相反。硕辆纂设版袱郭盎德裹泡模咋署猜售蕴豌孟蠢又焚近椒旧寸曳唉推盔冯诉第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.3.6 逆变器的开关频率调节 在PI调节器后面有一个限制单元AXZ。它的作用有两个：1）在低速时限制容差的最小值，也就是容差的减小有限度，不得低于其最小值。在这个范围内逆变器的开关频率小于给定的开关频率，则不必加调节和限制，可实行频率开环控制，因为它不会带来害处。2）频率调节作用。对应于拐点以上（施加开关频率达到给定频率），如果再采用最小容差，可能不能满足零矢量电压最小开关持续时间的要求，结果会出现实际转矩低于给定转矩的现象，为了避免这种情况的发生，需要增大容差。迟撮附陷忽雏迈他糖密滚吾拎专幢丢友溺抑饱赏名顶穷糖搁沪帘焉家笺浓第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.4 在低速范围内直接转矩控制系统的转矩控制与调节方法4.4.1 在低速范围内直接转矩控制系统的结构特点4.4.2 区段的电压状态选择4.4.3 低速范围内转矩与磁链调节的协调锡雏亏喘渴卒漓牌朝锯峙蓄沉陨剐网杖副舟领绩筐策危喻涟筋得饭鹰班域第四章直接转矩控制系统第四章直接转矩控制系统4.4.1 在低速范围内直接转矩控制系统的结构特点 根据直接转矩控制系统工作特点的不同，按转速分为三个区域：低速范围、高速范围、弱磁范围。按照不同的转速范围，划分工作区域，确定相应的控制