大功率異步牽引電動機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，四川成都610031)
摘要：為了滿足大功率牽弓I電動機在全速度范圍內(nèi)的快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，并克服電機參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響，提出了一種牽引電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制策略，低速時采用圓形磁鏈控制，以減小轉(zhuǎn)矩脈動；高速時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)矩的快速動態(tài)啊應(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值。
關(guān)鍵詞：異步牽引電動機；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：TM343 文獻標識碼：A 文章編號：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)矩為控制對象，通過檢測定子端的電壓、電流等變量，輸出****的PWM信號，實現(xiàn)對逆變器開關(guān)器件的****控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。這種控制方法在很大程度上解決了矢量控制中計算復(fù)雜、特性易受電機參數(shù)變化的影響、實際情況難以達到理論分析結(jié)果的一些重要技術(shù)問題，并且控制結(jié)構(gòu)簡單，控制手段直接[1]。
對于大功率牽引系統(tǒng)來說，由于系統(tǒng)要求的功率大，牽引能力強，調(diào)速范圍寬，這就要求電機的動態(tài)響應(yīng)快，并且對運行條件的突然變化能夠做出及時反應(yīng)，因此采用高動態(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)矩脈動大，在高速和弱磁范圍開關(guān)頻率高，因此對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。本文在低速時采用圓形磁鏈控制，高速時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，實現(xiàn)六邊形磁鏈與圓形磁鏈的平滑過渡，實現(xiàn)了大功率異步牽引電動機在全速度范圍下的優(yōu)化控制。
1數(shù)學模型
1.1異步電動機的數(shù)學模型--
異步電動機的數(shù)學模型是一個多變量、非線性、強耦合的系統(tǒng)。如果直接在 H靜止坐標系(A—B—c)下建立模型，則其數(shù)學模型會非常復(fù)雜。因此一般通過Park矢量變換[1]，將三相靜止坐標變換為兩相靜止坐標(α-β)，然后在兩相靜止坐標系上建立異步電動機的數(shù)學模型。
在α、β坐標系下，以電機定轉(zhuǎn)子電流為狀態(tài)變量，得到異步電動機的狀態(tài)方程：
Urα、Urβ分別為定、轉(zhuǎn)子在α、β軸上的電壓分量，α、β表示兩相靜止坐標系的坐標軸；isα、isβ、irα、irβ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為極對數(shù)；Jm為轉(zhuǎn)動慣量；TL為負載轉(zhuǎn)矩；RΩ為電機阻尼系數(shù)。
1．2逆變器數(shù)學模型
對于一臺三相兩點式電壓型逆變器，一般由三組、六個開關(guān)組成8個開關(guān)狀態(tài)(Sa、Sb、Sc、Sa、Sb、Sc、)，并可以形成如圖1所示的8個電壓空間矢量。
當開關(guān)狀態(tài)為“1”時，對應(yīng)相的開關(guān)狀態(tài)導(dǎo)通，當開關(guān)狀態(tài)為“0”時，對應(yīng)相的開關(guān)狀態(tài)斷開。如果逆變器的輸入電壓為乩。，則其輸出的三相電壓為:
開關(guān)狀態(tài)信號[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[S a S b s c] T=[0 0 0] T，或者當[S a S b s c]] T=[1 1 1] T時， |
