一種簡潔有效的mc —異步電機dtc控制策略研究
張磊1,2，曾文禹2，李光泉2
（1南京信息職業(yè)技術學院，南京210046；2南京航空航天大學航空電源科技重點實驗室，南京210016）
摘要：該文提出了一種新的矩陣變換器(mc)供電的異步電機直接轉矩控制(dtc)策略。mc的虛擬整流環(huán)節(jié)選擇輸入電壓的****相和最小相與輸出相連接，保證較高的虛擬直流母線電壓；虛擬逆變環(huán)節(jié)采用磁鏈轉矩滯環(huán)控制。此控制策略簡單，易于實現(xiàn)，mc的開關狀態(tài)少，系統(tǒng)轉矩脈動小。文章利用matlab對上述控制策略進行了仿真研究，仿真結果驗證了控制策略的可行性，結果表明基于該控制策略的系統(tǒng)動態(tài)響應快，穩(wěn)態(tài)精度高，有效抑制了電機轉矩的脈動，并且對輸入電壓有較強的魯棒性。
關鍵詞：矩陣變換器；直接轉矩控制；異步電動機；虛擬直流母線電壓；磁鏈、轉矩滯環(huán)控制
中國分類號：tm343 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)07-0064-05
0引 言
異步電動機直接轉矩控制技術是一種具有高動、靜態(tài)性能的交流調速方法。其控制思想新穎、結構簡單，對電動機參數(shù)變化不敏感，同時轉矩響應迅速。因此，應用范圍越來越廣，具有很高的研究價值。
矩陣變換器(mc)結構緊湊，無直流環(huán)節(jié)，直接實現(xiàn)ac/ac變換，具有功率因數(shù)可調，能量雙向流動，輸入電流和輸出電壓可正孩化等優(yōu)點。目前，mc供電的異步電機直接轉矩控制系統(tǒng)的虛擬整流主要采用空間矢量調制策略。空間矢量調制策略零矢量的使用造成虛擬直流母線電壓為零，直接轉矩控制策略失效，電機轉矩脈動大081。矩陣變換器是一種交交直接變換器，輸入側的擾動直接影響輸出側，當mc輸入電壓出現(xiàn)瞬時跌落、不平衡或畸變時，異步電機的調速性能會惡化。因此，提高矩陣變換器在輸入電壓非正常情況下的性能也成為矩陣變換器必須解決的一個問題。
本文提出了一種新的調制策略，虛擬整流環(huán)節(jié)選擇輸入電壓的****相和最小相，虛擬逆變環(huán)節(jié)采用磁鏈轉矩滯環(huán)控制。通過直接轉矩控制理論和矩陣變換器的結合，減小電機轉矩脈動，使系統(tǒng)達到更好的性能。
1基于新策略的mc - dtc系統(tǒng)
基于mc供電的異步電機直接轉矩控制的原理框圖如圖1所示。將電機的實際轉速n與給定轉速n 4比較，比較結果經(jīng)過轉速調節(jié)器后得到電機給定轉矩霉。檢測電機的定子電流電壓，檢測值經(jīng)過磁鏈轉矩觀測器后得到電機的定子磁鏈和電磁轉矩以及定子磁鏈相區(qū)信號o[s]。磁鏈、轉矩的觀測值經(jīng)過磁鏈和轉矩滯環(huán)調節(jié)器，得到磁鏈轉矩控制信號丑。和珥。根據(jù)定子磁鏈相區(qū)信導θ、磁鏈信號hv。
一種簡潔有效的mc -異步電機dt轉矩控制選擇mc虛擬逆變部分的開關狀態(tài)；根據(jù)選擇mc虛擬整流部分的開關狀態(tài)。綜合虛擬整流和虛擬逆變的開關狀態(tài)，得到mc九個開關管的開關組合，達到直接控制異步電動機轉矩的目的。
根據(jù)電機的數(shù)學模型，異步電動機的磁鏈觀測模型在基于電機定子靜止坐標系下可表示為：
電磁轉矩觀測模型可表示為公式(2)
式中，pn為電機的極對數(shù)。定子磁鏈幅值可由公式(3)得到。此模型只需要電機定子電阻，受電機參數(shù)影響小[9-10]。
2系統(tǒng)控制策略
圖2所示的三相交一交矩陣變換器理論上可以等效為一個虛擬整流環(huán)節(jié)和一個虛擬逆變環(huán)節(jié)。在使用磁鏈轉矩雙滯環(huán)控制策略來確定mc的開關狀態(tài)時，根據(jù)輸入電壓狀態(tài)選擇虛擬整流的開關組合。同時，根據(jù)定子磁鏈相區(qū)信號口、磁鏈轉矩滯環(huán)控制信號選擇虛擬逆變的開關組合，最后得到mc的開關組合，達到使電機磁鏈和輸出轉矩增加或減小的目的。
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