理论教育 磁链和转矩闭环控制原理深度解析

磁链和转矩闭环控制原理深度解析

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:电机低速运转时,定子电阻压降的影响不能忽略,如果仍采用上述在固定时间内顺序给出非零电压矢量的办法,则不能保证磁链轨迹的形状和磁通幅值的大小。另外,转矩控制会引入零矢量,也将造成磁链轨迹的畸变,使其幅值下降,因此需要在低速时对定子电压进行补偿。因此,目前倾向于采用闭环的方式控制磁链。将这些数据存表后,即可根据磁链和转矩的误差信号及所在的区域读出所需的最佳电压开关矢量。图5-3为直接转矩控制系统框图。

磁链和转矩闭环控制原理深度解析

电机低速运转时,定子电阻压降的影响不能忽略,如果仍采用上述在固定时间内顺序给出非零电压矢量的办法,则不能保证磁链轨迹的形状和磁通幅值的大小。另外,转矩控制会引入零矢量,也将造成磁链轨迹的畸变,使其幅值下降,因此需要在低速时对定子电压进行补偿。最简单的办法是采用函数发生器来控制电压/频率的比值,近似地维持恒磁通调节,但这种补偿受很多因素影响,在动态时往往并不很有效。因此,目前倾向于采用闭环的方式控制磁链。

异步电机方程可求出定子磁链和电压矢量us之间的传递函数

us=Rsis+pΨs又因为

所以

因此

由上可知,磁链和电压之间的关系是相当复杂的,因此用传统的PI调节器来控制磁通是很困难的。

在最初提出的真接转矩控制系统中,磁链和转矩都是通过双位模拟调节器来控制的,其基本思路是给定一个磁通圆环形误差带,通过不断选取合适的电压矢量uk,强迫Ψs的端点不超出环形误差带,于是就控制了定子磁链Ψs

为了确定各电压矢量作用区间,以β轴为起点,沿顺时针方向把整个圆周分为六个扇区,如图5-2所示。每个扇区内的磁链轨迹由该扇区所对应的两个电压矢量来形成,对顺时针磁通,如扇区Ⅰ由u1、u5形成,扇区Ⅱ由u4、u5形成等等,每个扇区又可划分为前半区和后半区,对应的电压矢量称为主电压矢量。

对逆时针磁链,每个边的形成取此位置上在空间方向相反的电压矢量,因此就控制了磁链的旋转方向。这样通过选择合理的误差带及电压矢量,即可控制定子磁链的大小和方向。(www.daowen.com)

图5-2 扇区划分

下面来看一下转矩的控制规律。对转矩的控制是通过零矢量的引入实现的。异步电机的转矩稳态时为

可以看出,在维持磁链恒定的情况下,电机电磁转矩和转差角速度ωs1近似成正比。对于动态过程,可以推导出类似的关系式,不过此时为转子磁场与电机转子之间的转差角速度。总之,零矢量的引入相当于磁场停止不走,也即转差变负,因此转矩相应下降。

交替使用零、非零矢量,磁链矢量走走停停,即可控制转矩的动态特性及稳态误差,零矢量的施加频率受器件开关频率的限制,对转矩的脉动影响较大。

下面以Ψs在Ⅰ区的控制为例进行说明。

其中,减少转矩时,u0或u7的选取是根据最少开关次数的原则进行的。例如,原来作用的u4(100)需要零矢量时,当然选择u0(000),因为开关次数可最少。

其余各区的电压矢量可用类似的方法推出。将这些数据存表后,即可根据磁链和转矩的误差信号及所在的区域读出所需的最佳电压开关矢量。图5-3为直接转矩控制系统框图。

图5-3 直接转矩控制系统框图

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