永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的產(chǎn)生及其抑制方法綜述
蘇陳云，楊向宇
(華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣州510640)
摘要：針對(duì)永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、逆變器開(kāi)關(guān)不恒定的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做出了相當(dāng)大的貢獻(xiàn)，提出了很多優(yōu)化或改進(jìn)措施。文章綜述了近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外在這方面的研究成果，分析了采用直接轉(zhuǎn)矩控制產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的原因以及抑制脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；直接轉(zhuǎn)矩控制；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)
中圖分類號(hào)：tm351; tm341; tm301.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848( 2010)03-0081-05
0引 言
直接轉(zhuǎn)矩控制( dtc)采取定子磁鏈定向，利用兩點(diǎn)式進(jìn)行調(diào)節(jié)直接對(duì)電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，使電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速。直接轉(zhuǎn)矩控制方法最早是針對(duì)感應(yīng)電機(jī)(im)提出的，其在感應(yīng)電機(jī)中的應(yīng)用研究已比較成熟。永磁同步電機(jī)( pmsm)具有體積小、重量輕、效率高的優(yōu)點(diǎn)，鑒于dtc在感應(yīng)電機(jī)中的成功應(yīng)用和永磁同步電機(jī)研制的突破性進(jìn)展，近年來(lái)，將dtc控制策略拓展應(yīng)用于永磁同步電機(jī)，以提高電機(jī)的快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，已經(jīng)得到了廣泛的研究。傳統(tǒng)pmsm直接轉(zhuǎn)矩控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快速、對(duì)電機(jī)參數(shù)不敏感、系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在電流、磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、逆變器開(kāi)關(guān)頻率不恒定等問(wèn)題。其中轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大是限制其在工業(yè)中應(yīng)用的主要原因。由于永磁同步電機(jī)的特性與異步電機(jī)有很大不同，在pmsm dtc中無(wú)法直接照搬im dtc的理論，故有必要專門(mén)討論pmsm dtc轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制問(wèn)題。下面將分析pmsm dtc產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的原因，并對(duì)近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展作一下介紹。
1 永磁同步電機(jī)dtc基本原理及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分析
1.1傳統(tǒng)dtc的基本原理
dtc是采用定子磁鏈定向和空間矢量概念，通過(guò)檢測(cè)定子電壓、電流，直接在定子坐標(biāo)系下觀測(cè)電機(jī)的磁鏈、轉(zhuǎn)矩，并將此觀測(cè)值與給定磁鏈、轉(zhuǎn)矩相比較，差值經(jīng)2個(gè)滯環(huán)控制器得到相應(yīng)控制信號(hào)，再綜合當(dāng)前磁鏈狀態(tài)從開(kāi)關(guān)表中選擇合適的電匝空間矢量來(lái)控制逆變器的電子開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，直接對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩實(shí)施控制。永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制原理框圖如圖1所示.
1.2 dtc轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分析
傳統(tǒng)dtc（圖1）中滯環(huán)比較器有兩個(gè)控制狀態(tài)，在一定范圍內(nèi)無(wú)論誤差大小，滯環(huán)比較器都具有相同的輸出，在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，所選擇的電壓矢量作用于電機(jī)，定子電流、轉(zhuǎn)矩等量始終沿著一個(gè)方向變化，即每個(gè)采樣周期只輸出單一的電壓矢量。在轉(zhuǎn)矩差較小的情況下，所選擇的電壓矢量使轉(zhuǎn)矩在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的較短時(shí)間內(nèi)就達(dá)到參考值，面余下的時(shí)間未發(fā)生逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，所選擇的電壓矢量仍作用于電機(jī)，使轉(zhuǎn)矩繼續(xù)沿原來(lái)的方向變化，超出轉(zhuǎn)矩滯環(huán)的范圍，從而產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。另外，逆變器開(kāi)關(guān)頻率不固定也是加劇轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的一個(gè)原因。
雖然可以通過(guò)減小滯環(huán)的寬度來(lái)減小轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，但這將提高電壓矢量的切換頻率，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗增加。針對(duì)pmsm轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外工作者提出了一些改進(jìn)方案。
2開(kāi)關(guān)表優(yōu)化法
2.1采用零電壓矢量的方法
永磁同步電機(jī)dtc和感應(yīng)電機(jī)dtc有較大差異，例如零矢量的應(yīng)用，故有必要深入研究零矢量的表現(xiàn)。文獻(xiàn)[4]明確指出在pmsm dtc中，不用零失量參與控制，只使用6個(gè)電壓空間矢量，并根據(jù)永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)建立了開(kāi)關(guān)表，從仿真波形可以看出，電機(jī)獲得了快速響應(yīng)，但是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)仍然很大。文獻(xiàn)[5][6]對(duì)零矢量的作用進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)分析，證明在低速條件下，零電壓矢量對(duì)轉(zhuǎn)矩影響非常小，可以用來(lái)保持轉(zhuǎn)矩值，但是當(dāng)轉(zhuǎn)速很高時(shí)，零電壓矢量會(huì)減小轉(zhuǎn)矩，實(shí)驗(yàn)證明合理利用零矢量可以在一定的程度上減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。文獻(xiàn)[7]根據(jù)零電壓矢量的特點(diǎn)，在系統(tǒng)低速穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)選用零矢量減小轉(zhuǎn)矩、在低速瞬態(tài)運(yùn)行時(shí)選用有效電壓矢量來(lái)減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，優(yōu)化了開(kāi)關(guān)表，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示這種方法能在 |
