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对改良的无刷电机操控体系的研讨
编辑:娱乐吧亚洲第一品牌 发布日期:2018-11-04
  直接转矩控制(control)( Direct Torque Control,简称DTC)是1种高效(ɡāo xiào)的交流调速技术(Technology)。微型电动机是一种体积、容量较小,输出功率一般在数百瓦以下,用途、性能及环境条件要求特殊的一类电动机。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机,电力系统中的电动机大部分是交流电机,可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。娱乐吧亚洲第一品牌是变频器驱动的电动机的统称。随着变频调速技术的快速发展,各种高压变频器不断出现, 在电厂厂用电等方面发挥着巨大的节 能作用。它借助三相定子(组成:定子铁芯、定子绕组和机座)电压、电流来计算(calculate )转矩和磁链,再通过转矩、磁链的偏差来直接进行电机的调速控制,具有优良的调速性能(xìng néng)和快速性。DT C摒弃了矢量控制技术中过于繁杂的解耦思想,故而简洁明了,这些优点引起国内外学者广泛的研究(research)兴趣。技术已被成功地应用(application)于普通感应电机中,如ABB企业将该技术应用于ACS600这一标准型逆变器(inverter)产品(Product)中,体现出了优良的电气性能。

  BDFM具有2套不同极数的定子绕组,这种复杂的电磁结构(Structure)使其转矩和磁链的计算较普通感应电机麻烦。将DTC引入了BDFM调速系统(system),但该系统计算量较大,难以实现,针对上述系统提出了1种转矩和磁链的简化计算方法(method),但是转矩脉动较大。造成转矩脉动大的根本原因在于该系统采用的常规DT C方法在1个采样周期内只能输出单一的电压矢量,使得电磁转矩增量在1个采样周期内早已超过转矩容差的限制。对感应电机的DTC调速系统,众多学者对其转矩脉动问题做了大量的改进研究,如电压预期法、矢量细分法、转矩预测(predict)法等。这些方法能有效地降低(reduce)DTC系统的转矩脉动,但运算与实现都比较复杂,对微处理(processing)器处理速度要求很高。本文受电压预测和矢量细分原理的启发,改进和优化了常规的电压矢量开关表,从而能在系统采样时间为常规系统2倍的情况下减小转矩脉动。在MAT LAB环境(environment)下,建立了该改进系统的仿真(simulation)模型,与文献中的仿真结果进行比较,结果表明这种改进的BDFM的DTC系统在低速范围(fàn wéi)内可有效地降低转矩脉动,改善定子电流波形,具有良好的动、静态性能。
  1常规的BDFM的DTC原理系统采用转速、转矩双闭环控制方案所示。其中, BDFM在转子(rotor)速dq0坐标系下的数学模型,速度调节采用PI调节器,其输出作为转矩给定T g。功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)绕组和控制绕组的相电流及控制绕组相电压经三相两相变换(3/ 2变换)转换为、分量后作为磁链、转矩观测器的输入。磁链、转矩观测器的输出sc和T f d分别进入磁链滞环和转矩滞环,与给定磁链g和T g进行比较,实现对磁链和转矩的两点式和多点式( Bang Bang控制)调节。磁链位置(position )角是控制绕组磁链与坐标轴之间的夹角,即r = arc sin(c / sc)。
  2本文的改进方案
  从上述的分析(Analyse)可知,常规DTC系统中,根据转矩、磁链、扇区的计算结果在1个采样周期内只能输出单一电压矢量,若把1个采样周期分成多个时间段,每个时间段恰当地插入零矢量,既可使单一电压矢量的有效作用时间减小,使其对转矩增量的作用在1个采样时间内不至于超出转矩的容差限,使得转矩脉动减小。
  设定(shè dìng)子磁链处于扇区1内,逆时针旋转(rotate),则有5个电压矢量供选择(Select)以补偿磁链和转矩的偏差,选V
  2、V 3可使转矩增加, V
  5、V 6可使转矩减小, V 0也可使转矩减小,但效果(effect)不如V
  5、V 6强烈; V
  2、V 6可使定子磁链增加, V
  3、V 5可使定子磁链减小。本文将1个采样周期分成3段,设定子磁链处于扇区1内,以电压矢量V 3为例,因V 3对转矩的作用非常强烈,故其作用时间不应持续至整个采样周期,应恰当地插入零矢量。为遵循最小开关频率原则,在第3个时间段或第2、3个时间段内插入零矢量,即在1个采样周期内,分3个时间段依次插入V 3 V 0 V 0或V 3 V 3 V 0。
  对电压矢量V 2,因其对转矩的作用效果不是很强烈,故依次插入V 2 V 2 V 0,从而可使电磁转矩不致在1个采样周期内超出转矩容差限,从而有效减小转矩脉动。其余的扇区依此类推,不再赘述。
  本文将磁链圆细分为12个扇区,采用改进后的控制方法,将每个采样周期分为3段,每段构造独立的开关表进行控制,从而在低速范围内有效地减小转矩脉动,并改善定子电流波形。这种方法不会增加系统的复杂程度,而且可在采样时间为常规DTC系统的2倍的情况下减小转矩脉动。
  3改进的BDFM的DTC系统及其仿真模型
  对常规的BDFM的DTC系统改进后,不同之处在于电压矢量开关表的选择由转矩、磁链、扇区以及时间控制器4个信号共同决定。时间控制器可将每个采样周期均分为3个时间段,形成2个控制量分别去控制每个小时间段内的电压矢量开关表,此表可采用1张二维表格进行查询,这使得整个控制变得相当简单、明了。
  3. 1时间段控制器的模型
  在MAT LAB环境下,本文设计(Design)了1种时间段控制器,使其经过一定的运算后生成2个控制量,再经过比较判断得到3个控制信号,进而能按照采样周期的3个时间段依次独立控制3张电压矢量开关查询表,从而构造逆变器的脉冲控制信号。
  3. 2矢量开关表的控制模型
  本文应用MATLAB中的三维数据表直接构造电压矢量开关()表,再经过上述时间段控制器的处理便可形成需要的电压矢量开关表。其中,三维数据表是由M文件构造的,比较简单。
  3. 3系统的仿真参数及仿真结果
  在SIM ULINK下,用上述方法构成系统的各个模块,建立了改进的BDFMR的DTC系统的仿真模型。
  3 3 1仿真参数
  仿真中所用电机功率绕组功率为
  1. 5 kW,控制绕组0. 55 kW,绕组接法为3Y- 3Y,极数为6/ 2,6极为功率绕组, 2极为控制绕组,其电机参数为R p = 0. 81 , L sp = 80 mH, M p = 0. 89 mH, R c = 0. 81 , L sc = 630 mH, M c =
  4. 3 mH, R r =
  1. 57, L r = 0. 04 mH, K d = 0, J = 0. 02.
  3 3 2仿真结果
  本文将改进的BDFM的DTC系统的采样时间设置为传统的DT C系统的2倍进行了系统仿真。
  虽然加大了采样时间,但由于本文在1个采样时间加入的电压矢量规则,使得逆变器的开关频率基本不变。分别给出了传统DT C调速系统与本文所提出的改进系统的仿真结果。系统空载起动,给定起动转速600 r/ min, 1 s时调速至800 r/ min,2 s时突加负载至4 N m.可见,改进的DTC控制策略(strategy)可减小转矩脉动,并改善了定子电流波形。该系统也具有良好的动态性能及快速性。
  4结束语
  本文所提出的改进的BDFM直接转矩控制系统,有效地降低了转矩脉动,改善了定子电流及磁链的波形,且具有良好的动、静态性能及鲁棒性。而且,没有增加系统的复杂性,实现起来简单容易,具有一定的参考价值(value)。

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