大功率異步牽引電動(dòng)機(jī)在全速范圍下的直接轉(zhuǎn)矩控制
陳哲明，曾京
(西南交通大學(xué)，四川成都610031)
摘要：為了滿足大功率牽引電動(dòng)機(jī)在全速度范圍內(nèi)的快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，并克服電機(jī)參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)的影響，提出了一種牽引電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制策略，低速時(shí)采用圓形磁鏈控制，以減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；高速時(shí)采用六邊形磁鏈控制，以減小逆變器開關(guān)頻率，并優(yōu)化選擇零電壓矢量，采用速度和磁鏈容差切換的控制方式實(shí)現(xiàn)六邊形磁鏈與圓形磁鏈的平滑過渡。仿真結(jié)果表明，該控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩的了夾速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，保證了控制精度，在大功率交流調(diào)速中具有一定的參考價(jià)值.
關(guān)鍵詞：異步牽引電動(dòng)機(jī)；大功率；直接轉(zhuǎn)矩控制；圓形磁鏈；六邊形磁鏈；平滑切換
中圖分類號(hào)：tm343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1004—7018(2010)01-0054-03
0引言
直接轉(zhuǎn)矩控制是在矢量控制變頻調(diào)速技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的具有高性能的交流變頻調(diào)速技術(shù)。它以轉(zhuǎn)矩為控制對(duì)象，通過檢測(cè)定子端的電壓、電流等變量，輸出****的pwm信號(hào)，實(shí)現(xiàn)逆變器開關(guān)器件的****控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。這種控制方法在很大程度上解決了矢量控制中計(jì)算復(fù)雜、特性易受電機(jī)參數(shù)變化的影響、實(shí)際情況難以達(dá)到理論分析結(jié)果的一些重要技術(shù)問題，并且控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制手段直接[1]。
對(duì)于大功率牽引系統(tǒng)來說，由于系統(tǒng)要求的功率大，牽引能力強(qiáng)，調(diào)速范圍寬，這就要求電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，并且對(duì)運(yùn)行條件的突然變化能夠做出及時(shí)反應(yīng)，因此采用高動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的直接轉(zhuǎn)矩控制策略是比較適合的選擇。但由于直接轉(zhuǎn)矩控制在低速范圍轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，在高速和弱磁范圍開關(guān)頻率高，因此對(duì)于不同的速度范圍應(yīng)采取不同的控制方式，以獲取****的控制效果。本文在低速時(shí)采用圓形磁鏈控制，高速時(shí)采用六邊形磁鏈控制，采用速度和磁鏈容差切換的控制方式，實(shí)現(xiàn)六邊形磁鏈與圓形磁鏈的平滑過渡，實(shí)現(xiàn)了大功率異步牽引電動(dòng)機(jī)在全速度范圍下的優(yōu)化控制。
1數(shù)學(xué)模型
1．1異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型
異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)多變量、非線性、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)。如果直接在三相靜止坐標(biāo)系(a-b—c)下建立模型，則其數(shù)學(xué)模型會(huì)非常復(fù)雜。因此一般通過park矢量變換[1]，將三相靜止坐標(biāo)變換為兩相靜止坐標(biāo)(α-β)，然后在兩相靜止坐標(biāo)系上建立異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
在α,β坐標(biāo)系下，以電機(jī)定轉(zhuǎn)子電流為狀態(tài)變量，得到異步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程：
式中:k=1/l1l2-l2m;s,r表示定、轉(zhuǎn)子分量，nsa、usbura,urb分別為定、轉(zhuǎn)子在α,β軸上的電壓分量，α,β表示兩相靜止坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸；isb,isa,ira,irb分別為定、轉(zhuǎn)子在α,β軸上的電流分量；rs、rr分別為定、轉(zhuǎn)子電阻；ls、lr分別為定、轉(zhuǎn)子電感；lm為定、轉(zhuǎn)子繞組間互感；ωr為轉(zhuǎn)子電角速度；p為極對(duì)數(shù)；jm為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；tl為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；rω為電機(jī)阻尼系數(shù)。
1.2逆變器數(shù)學(xué)模型
對(duì)于一臺(tái)三相兩點(diǎn)式電壓型逆變器，一般由三組、六個(gè)開關(guān)組成8個(gè)開關(guān)狀態(tài)(s a,s b,s c,s a,s b,s c)，并可以形成如圖1所示的8個(gè)電壓空間矢量。  當(dāng)開關(guān)狀態(tài)為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)相的開關(guān)狀態(tài)導(dǎo)通，當(dāng)開關(guān)狀態(tài)為“0”時(shí)，對(duì)應(yīng)相的開關(guān)狀態(tài)斷開。如果逆變器的輸入電壓為udc,則其輸出的三相電壓為  開關(guān)狀態(tài)信號(hào)[s a s b s c] t是通過電壓空間矢量的優(yōu)化選擇得到。當(dāng)[s a s b s c] t=[o o 0] t，或者當(dāng)[s a s b s c] t=[1 1 1] t時(shí)，將形成零電壓，它處于空間矢量的中心，在控制過程 |
