第四章直接转矩控制系统

us 011 us 001 us 101 us 100） us 110） us 010） us 000） us 111 （ ） （ ） （ ） （ （ （ （ （ ）
它们依次压逆时针方向旋转。 （4）零电压矢量状态“7”位于六边形中心。
4.2.5 电压空间矢量与磁链空间矢量的关系
电流模型：
s r L is s r L is
电流模型用定子电流计算磁链，但精度与转速有关，也受电机参数， 特别是转子时间常数的影响，在高速时不如电压模型。
两个模型必须配合使用，高速时用电压模型，低 速时用电流模型。
4.2.2 异步电动机定子轴系的数学模型
异步电动机的定子磁链可以根据下式来确定：
s es dt s is Rs）dt （u
s s is Rs）dt （u s s is Rs）dt （u
优点:在计算过程唯一用到的参数是定子电阻。而定子电流和端电压都是 容易确定的物理量，能以满足的精度被检测出来。计算出定子磁链后，再带 入转矩模型，就可以计算出电动机的转矩。
4.1.2 直接转矩控制系统的特点
实际表明，采用直接转矩控制的异步电动机变频调速， 电机磁场接近圆形，谐波小，损耗小，噪声及温升均比一 般的逆变器驱动的电动机小得多。直接转矩控制系统的主 要特点有： 直接转矩控制是直接在定子坐标下分析交流电动机的 数学模型，控制电动机的磁链和转矩。不需要与直流电机 进行比较、等效、转化；所以不需要为解耦而简化交流电 动机模型，省掉了坐标变换。 采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模 型和控制各物理量，使问题变的简单明了。
4.2.2 异步电动机定子轴系的数学模型
由磁链模型可知，用两个积分器便可计算电机磁链， 但实现起来存在下列问题： （1）积分器存在漂移，为抑制漂移需引入反馈通道，反 馈通道使输出信号幅值和相移减小，随电机转速和频率的 降低，积分器误差增大。 （2）随电机转速和频率的降低，端电压模值减小，由定 子压降项补偿不准确带来的误差就越大。 （3）电机不转时，端电压为0，无法通过上式进行磁链， 也无法建立初始磁链。 借助于电机的电流模型可以解决上述问题。
2 us t ) X A (t ) X B (t ) 2 X C (t ) （ 3
旋转因子
2 3
e
j 2 /3
三相绕组空间分布
这样就可以用电压空间矢量表示逆变器三相输出电压 的各种状态。
4.2.4 电压空间矢量的概念
下面根据上式对电压空间矢量在坐标系中的离散位置 举例说明： 对于状态‘1“,SABC=011,由图可 知
4E 3
2 E 3 2 E 3 4 E 3 2 E 3 2 E 3
U2 U3
U4 U5 U6 U7
001 101
100 110 010 111
0
0
0
0
4.2.4 电压空间矢量的概念
4.2.4 电压空间矢量的概念
依次计算各开关状态的电压空间矢量，可以得到如下 结论： （1）逆变器的六个工作电压状态给出了六个不同方向电 压空间矢量。他们周期性地顺序出现，相邻两个矢量之间 相差60度。 （2）电压空间矢量的幅值不变，都等于4E/3。因此六个 电压空间矢量的顶点构成了正六边形的顶点。 （3）六个电压空间矢量顺序是
1、异步电动机的电磁转矩模型
Tei Km ( s is s is）
由此构成的转矩观测模型。以定子磁链矢量为基准的 优越性是，在定子坐标系中计算定子磁链，受电机参数影 响最小（只受定子电阻的影响），而且定子电流可以直接 测取。
4.2.2 异步电动机定子轴系的数学模型
2、异步电动机的磁链模型
4.1.1 直接转矩控制技术的诞生与房展
不同于矢量控制技术，直接转矩控制有着自己的 特点，它在很大程度上解决了矢量控制中计算复杂、 特性容易受电动机参数变化的影响、实际性能难以达 到理论分析结果的一些重要技术问题。它以自己新颖 的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静、动态 性能受到了普遍的关注并得到了迅速的发展。
电压模型和电流模型进行快速平滑切换的困难仍未得 到解决，取而代之的是在全速范围内都实用的高精度磁链 模型，称为u-n模型，也叫电动机模型。
u-n模型由定子电压和转速来获取定子磁链。它综合 了电压模型和电流模型的特点。
d r r Lmis Trr r dt d r Tr r Lmis Trr r dt Tr
A
S6 4 S5
C
3
S4
5
A
S1 6
us
B
S2
1
S3
2
C
B
4.2.7 电压空间矢量的正确选择
施密特触发器的容差为 sg ， 作为磁链给定值，通过 三个施密发器用磁链给定值分别与三个磁链分量进行比较。 当 A上升到正的磁链给定时，施密特触发器输出低电平， S A 为低电平。反之， 输出高电平。 得到磁链开关信号 S A 的时序图，同理可以得 到 S B S C 时序图。 磁链开关信号可以很方便地构成电压开关信号，其关 系为：
第四章
异步电动机 直接转矩控制变频调速系统
第4章
异步电动机直接转矩控制变 频调速系统
概述 异步电动机直接转矩控制系统的理论基础 异步电动机直接转矩控制（DSC）的基本组 成及工作原理
4.1.1 直接转矩控制技术的诞生与房展
直接转矩控制技术是在本世纪80年代中期继矢量 变换控制技术之后发展起来的一种异步电动机变频调 速技术。 自从70年代矢量控制技术发展以来，交流传动技 术从理论上解决了交流调速系统在静、动态性能上与 直流传动相媲美的问题。
几种表示方式：
4.2.3 逆变器的八种开关状态和逆变器 的电压方程
uA
1 Ud 3 1 Ud 3 2 Ud 3
0
2 Ud 3

SA
SB
A B
SC
C
uB
0
Ud
SA
0
uC
SB
SC
0
SABC 011 001 101 100 110 010
4.2.4 电压空间矢量的概念
若其ABC三相负载的定子绕组接成星型，其输出电压空 间矢量的PARK矢量变换表达式应为：
4.1.2 直接转矩控制系统的特点
强调的是转矩的直接控制效果。其控制方式是，通过 转矩两点式调节器把转矩检测值与转矩给定值做滞环比较， 把转矩波动限制在一定的容差范围内，容差大小由频率调 节器来控制。因此，他的控制效果不取决于电动机的数学 模型是否能简化，而是取决于转矩的实际状况。 总之，直接转矩控制技术，用空间矢量的分析方法， 直接在定子坐标系下计算与控制交流电动机的转矩，采用 定子磁场定向，借助离散的两点式调节产生PWM信号， 直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高 动态性能。
u A 2ud / 3 uB uC ud / 3
有 带入
us t ) （
2 X A (t ) X B (t ) 2 X C (t ) 3
2 4 2 2 us 011) （ E ) Ee j 2 / 3 Ee j 4 / 3 （ 3 3 3 3 4 4 j E Ee 3 3
s r L is s r L is
s s is R
4.2.3 逆变器的八种开关状态和逆变器 的电压方程
一台电压性逆变器如图，由三组六个开关组成， 一组桥臂上下开关反向，即一个接通一个断开，所以 三组开关有8种开关组合。 若规定ABC三相负载的某一相与“+”接通时，该 相开关状态为“1”，反之，与“-”接通时，为“0” 态。则八种可能的开关状态如表。
4.2.6 电压空间矢量对电动机转矩的影响
通过电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度， 从而改变定、转子磁链矢量之间的夹角，达到控制电 动机转矩的目的。
转矩=定子磁势气隙磁势 如果在某一时刻，加入零电压空间矢量，则定子 磁链空间矢量保持静止不动，而转子磁链空间矢量继 续以同步速度旋转，则磁通角减小，从而转矩减小。
定子电压 开关状态 空间矢量 SA,SB,SC U0 U1 000 011
A相 0
B相 0
2 E 3 2 E 3 4 E 3 2 E 3 2 E 3 4 E 3
C相 0
2 E 3 4 E 3 2 E 3 2 E 3 4 E 3 2 E 3
矢量表达 式 0
4 j Ee 3 4 j 4 Ee 3 3 4 j 5 Ee 3 3 4 j0 Ee 3 4 j 1 Ee 3 3 4 j 2 Ee 3 3
PWM
us，is
电机模型
sf
Teif
增加这个调节 器的意义？？
磁链大小与电机的运行性能有密切关系，与电机 的电压、电流、效率、温升、转矩、功率因数有关
4.2.2 异步电动机定子轴系的数学模型
在DSC中，采用空间矢量的数学分析方法，在电机的 定子坐标系上描述异步电动机，这使问题变得特别简单、 清晰。
第4章
异步电动机直接转矩控制变 频调速系统
概述 异步电动机直接转矩控制系统的理论基础 异步电动机直接转矩控制（DSC）的基本组 成及工作原理
4.2.1 异步电动机直接转矩控制系统 的理论基础
最终目的 （调节转速）
d TJ dt
间接手段 （控制转矩）
问题关键
解决思路： 转矩=定子磁势气隙磁势
SA
SB
A B
SC
C
0
Ud
SA
SB
SC
4.2.3 逆变器的八种开关状态和逆变器 的电压方程
这八种开关状态可分为两大类：一类是工作状态 （三相负载并不都接相同的电位）一类是零开关状态 （三相负载接相同的电位，负载电压为0） 按照本书分析方便，并使之与逆变器实际开关状 态顺序相符，编号如表。