基于扇區(qū)過(guò)渡的永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制
林海，嚴(yán)衛(wèi)生，李銘峰，吳濤
(西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072)
摘要：分析了直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)基本原理，針對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中定子磁鏈經(jīng)過(guò)相鄰近扇區(qū)邊界時(shí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大的問(wèn)題，提出兩種在相鄰扇區(qū)過(guò)渡時(shí)抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法：平衡扇區(qū)過(guò)渡法和過(guò)扇區(qū)過(guò)渡法，并對(duì)所提出的兩種方法進(jìn)行了仿真研究。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩種方法都能有效減小系統(tǒng)中定子磁鏈處于扇區(qū)邊界時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
關(guān)鍵詞：永磁同步電動(dòng)機(jī)；直接轉(zhuǎn)矩控制；扇區(qū)過(guò)渡；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)
中圈分類(lèi)號(hào)：TM341 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)05—0036—04
0引言
近年來(lái)，直接轉(zhuǎn)矩控制(以下簡(jiǎn)稱DTC)策略由于對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴性小、控制簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快和動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，日益受到國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者和專(zhuān)家的關(guān)注。DTC的應(yīng)用對(duì)象也由最初的異步交流電機(jī)逐漸延伸到其他電機(jī)中[1-2]。在眾多不同類(lèi)型電機(jī)中，永磁同步電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠和效率高等優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，已經(jīng)有學(xué)者將DTC成功應(yīng)用于永磁同步電動(dòng)機(jī)[3-5]，在電機(jī)控制研究領(lǐng)域中也成為了研究熱點(diǎn)之一。
雖然DTC策略有很多優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)的DTC技術(shù)應(yīng)用于永磁同步電動(dòng)機(jī)中，仍然有一些問(wèn)題需要解決，而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題是研究的一個(gè)重點(diǎn)。常規(guī)的DTC采用Bang-Bang離散兩值的滯環(huán)控制導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)劇烈，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都為此作出了很多工作[1-15]。文獻(xiàn)[12]中針對(duì)傳統(tǒng)的DTC控制策略中的電壓矢量選擇表提出了補(bǔ)充邊界上的電壓矢量選擇表方案，以期望減小磁鏈在相鄰扇區(qū)切換時(shí)引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。本文在分析傳統(tǒng)永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)該方法進(jìn)行了深入探討，發(fā)現(xiàn)該方法并不能有效減小磁鏈在相鄰扇區(qū)切換時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。由此提出了兩種在相鄰扇區(qū)切換時(shí)有效抑制磁鏈轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法。研究結(jié)果表明，所提出的兩種方法均能達(dá)到預(yù)期目的。
1 DTC基本原理
常規(guī)DTC中，可以推算出電磁轉(zhuǎn)矩Te：
式中：P為極對(duì)數(shù)，Ld為直軸電感，Lq為交軸電感，矩角δ為轉(zhuǎn)子磁鏈ψf，與定子磁鏈ψs夾角。對(duì)于隱極式永磁同步電動(dòng)機(jī)，Ld=Lq=Ls，則：
由式(2)知道：對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子磁鏈幅值一般為恒值，若定子磁鏈幅值|ψs|保持額定值，電磁轉(zhuǎn)矩Te正比于sin δ。即通過(guò)保持定子磁鏈幅值恒定，改變定子磁鏈旋轉(zhuǎn)速度和方向瞬時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)矩角，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)控制。
對(duì)定子磁鏈的控制，由德國(guó)學(xué)者M(jìn)．Depenbrok和日本學(xué)者I Takahashi提出的定子磁鏈模型：
式中：is為定子電流，Vs為定子電壓，Rs為定子電阻。定義電機(jī)定子初始磁鏈ψs0，當(dāng)忽略定子電阻時(shí)，由式(3)，定子磁鏈ψs可表示為：
式中：i=l、2、3、4、5、6。由式(4)可以知道：定子磁鏈?zhǔn)噶喀譻的端點(diǎn)將沿著所施加的空間電壓矢量Vs的方向運(yùn)動(dòng)；ψs的幅值、運(yùn)動(dòng)方向和速度都可以通過(guò)選擇合適的空間電壓矢量Vs調(diào)節(jié)。
圖1為理想磁鏈圓扇區(qū)劃分及對(duì)應(yīng)扇區(qū)電壓矢
量選擇圖，可以確定電壓矢量選擇表，如表l所示。
表1中，ΨH、TH分別表示磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器的輸出。當(dāng)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的參考值ψs、Te與磁鏈和轉(zhuǎn)矩的實(shí)際值Ψs、Te的差值大于滯環(huán)寬度時(shí)誤差狀態(tài)為l，即需要增加磁鏈或轉(zhuǎn)矩；否則為O，即需要減小磁鏈或轉(zhuǎn)矩。N為磁鏈所處扇區(qū)的扇區(qū)號(hào)。
2扇區(qū)過(guò)渡
對(duì)常規(guī)永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩 |
