第三次作业热点永磁同步电动机直接转矩控制技术.doc

永磁同步电机直接转矩控制技术 永磁同步电机直接转矩控制技术发展历史 在1985年前后推出了直接转矩控制方案,这个技术是由德国鲁尔大学Depenbrock教授和日本I.Takahashi教授在1986年前后分别提出的。可这两个方案（DSC和DTC）都是针对异步电动机提出的，然而它并不能广泛的应用于除异步电动机之外的电机。 就在直接转矩控制技术在异步电动机上应用成功后，人们自然而然的想把它应用到永磁同步电机上。然而，事情并没有人们想象的那样的一帆风顺，无数人在上面倾注了十年的时间却并没有取得成功。虽然在这十年的时间里也有声称解决了正弦波永磁同步电动机直接转矩控制技术的问题，但经过考证之后便会发现这并不是真正的直接转矩控制技术，因为这两篇论文在学矢量控制控制电流来间接的控制直接电磁转矩,而不是在用空间电压矢量去直接控制电磁转矩。 直到1996年在澳大利亚新南威尔士大学和中国南京航空航天大学的研究小组共同努力下，他们在正弦波永磁同步电动机中找到一个“负载角σ”这个物理量替代了异步电动机中转差，模仿异步电动机直接转矩控制，将定子磁链控制成恒定值，这才真正实现正弦波永磁同步电动机直接转矩控制。 在1996年时的研究认为的永磁同步电动机直接转矩控制不能够采用零矢量，只能采用六个非零电压矢量，这个观点是错误的。到2002年的时候在国际会议上已经校正了这个错误。 接下来将主要对正弦波永磁同步电动机直接转矩控制系统理论做个介绍。 2.永磁同步电机直接转矩控制技术基本原理 图2—1永磁同步电机坐标图 如图2-1所示是永磁同步电动机的不同数学坐标系，依据永磁同步电动机在不同数学坐标系下数学模型可以推导出空间矢量电压的表达式： （2-1） 其中为空间电压矢量，为定子磁链，是定子磁链旋转角速度 可以将空间电压矢量分为如下两个部分： （2—2） （2—3） 其中是空间电压矢量径向分量，是空间电压矢量的切向分量。 由永磁同步坐标系可知，负载角就是定子磁链和转子磁链之间的夹角可表示为 （2—4） 通过永磁同步电动机的坐标系可以知道衡量定子磁链大小变化快慢的量，定子磁链大小保持不变条件下是衡量转子磁链旋转角速度大小的量。通过改变的大小就可以控制定子磁链的幅值变化，改变的大小就可以控制负载角的变化。负载角是直接控制电磁转矩大小的量，因此，我们可以通过控制空间电压矢量来控制电磁转矩的大小，从而达到控制永磁同步电动机的目的。 图2—2空间电压矢量 图2—3电压型逆变器 逆变器开关共有8种工作状态，生成8个空间电压矢量，其中两个是零矢量，六个是非零矢量，传统的永磁同步电动机DTC中未加入零矢量。现在以扇区1为例分析： 当检测到定子磁链在扇区1时，如果实际电磁转矩大于给定电磁转矩，需要给一个电压矢量能使电磁转矩减少，这个时候只有U5和U6可以减少电磁转矩。如果实际电磁转矩小于给定电磁转矩，需要给一个电压矢量能使电磁转矩增加，这个时候只有U2和U3可以减少电磁转矩。如果实际定子磁链大于给定定子磁链，需要给一个电压矢量能使定子磁链减少，这个时候只有U3，U4和U5可以减少定子磁链。如果实际定子磁链小于给定定子磁链，需要给一个电压矢量能使定子磁链增加，这个时候只有U1，U2和U6可以减少定子磁链。依据这样的分析便可以制定出开关电压矢量选择表。 表2—1开关电压矢量选择表 1 1 U2(110) U3(010) U4(011) U5(001) U6(101) U1(100) -1 U6(101) U1(100) U2(110) U3(010) U4(011) U5(001) -1 1 U3(010) U4(011) U5(001) U6(101) U1(100) U2(110) -1 U1(100) U2(110) U3(010) U4(011) U5(001) U6(101) 根据以上理论可以得出永磁同步电动机直接转矩控制原理框图 图2—4永磁同步电动机直接转矩控制原理框图 经过一系列的公式推理可以得出电磁转矩变化量的离散公式: 从这个公式不难看出电磁转矩变化量共有3个部分组成，第一个部分是由定子绕组引起的转矩衰减，第二个部分则反映了空间电压矢量对电磁转矩的影响，第三个部分是转速和负载引起的转矩衰减。 当有零矢量作用的时候，如果选择的零电压矢量减少电磁转矩，就可以相对温和的减少电磁转矩起到降低转矩脉动的作用。依据此制定含有零矢量的开关电压矢量表。 表5-3 采用零矢量的新型开关表