永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动的产生及其抑制方法综述

《永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动的产生及其抑制方法综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动的产生及其抑制方法综述0引言直接转矩控制（DTC）采取定子磁链定向，利用两点式（Band2Band）进行调节直接对电机的磁链和转矩进行控制，使电机转矩响应迅速出o直接转矩控制方法最早是针对感应电机（IM）提出的，其在感应电机中的应用硏究已比较成熟〔21。永磁同步电机（PMSM）具有体积小、重量轻、效率髙的优点,鉴于DTC在感应电机中的成功应用和永磁同步电机硏制的突破性进展,近年来，将DTC控制策略拓展应用于永磁同步电机•以提高电机的快速转矩响应,已经得到了广泛的研究。传统PMSM直接转矩控制具有结构简单、响应快速、对电机参数不

2、敏感、系统鲁棒性强等优点，但也存在电流、磁链和转矩脉动大、逆变器开关频率不恒定等问题。其中转矩脉动大是限制其在工业中应用的主要原因。由于永磁同步电机的特性与异步电机有很大不同，在PMSMDTC中无法直接照搬IMDTC的理论，故有必要专门讨论PMSMDTC转矩脉动抑制问题。下面将分析PMSMDTC产生转矩脉动的原因，并对近几年来国内外的研究进展作一下介绍。1永磁同步电机DTC基本原理及转矩脉动分析传统DTC的基本原理DTC是采用定子磁链定向和空间矢量概念,通过检测定子电压、电流,直接在定子坐标系下观测电机的磁链、转矩,并将此观测值与给定磁链、转矩相比较,差值经

3、2个滞环控制器得到相应控制信号，再综合当前磁链状态从开关表中选择合适的电压空间矢量来控制逆变器的电子开关的状态,直接对电机转矩实施控制。传统DTC（图1）中滞环比较器有两个控制状态，在一定范围内无论误差大小，滞环比较器都具有相同的输出,在整个开关周期内，所选择的电压矢量作用于电机,定子电流、转矩等量始终沿着一个方向变化，即每个采样周期只输出单一电压矢量。在转矩差较小的情况下•所选择的电压矢量使转矩在一个开关周期的较短时间内就达到参考值,而余下的时间未发生逆变器开关状态转换，所选择的电压矢量仍作用于电机，使转矩继续沿原来的方向变化•超岀转矩滞环的范围,从而产生

4、较大的转矩脉动3另外,逆变器开关频率不固定也是加剧转矩脉动的一个原因。虽然可以通过减小滞环的宽度来减小转矩的脉动，但这将提高电压矢量的切换频率，导致开关器件的开关损耗增加。针对PMSM转矩脉动大的问题，国内外工作者提出了一些改进方案。2开关表优化法2.1采用零电压矢量的方法永磁同步电机DTC和感应电机DTC有较大差异，例如零矢量的应用，故有必要深入研究零矢量的表现。文献［4］明确指出在PMSMDTC中,不用零矢量参与控制，只使用6个电压空间矢量，并根据永磁同步电机的特点建立了开关表,从仿真波形可以看出，电机获得了快速响应但是转矩脉动仍然很大。文献［5］［6］

5、对零矢量的作用进行了仿真和实验分析，证明在低速条件下，零电压矢量对转矩影响非常小，可以用来保J寺转矩值，但是当转速很高时，零电压矢量会减小转矩，实验证明合理利用零矢量可以在一定的程度上减小转矩脉动。文献I7］根据零电压矢量的特点，在系统低速稳态运行时选用零矢量减小转矩、在低速瞬态运行时选用有效电压矢量来减小转矩脉动•优化了开关表，实验结果显示这种方法能在一定程度上减小转矩脉动，但只增加的2个零电压矢量，对转矩脉动的抑制有限。2.2定子磁链细分法文献L8］将磁链细分法弓I入到永磁同步电机DTC中,将定子磁链平面分成12个扇区，并且奇、偶扇区对应角度不一样。这样

6、划分后，在奇数扇区存在与定子磁链矢量垂直的电压矢量,其对磁链矢量的作用比较明显;当电压矢量与定子磁链夹角小于90度时，将使磁链幅值增加,大于9()度时•磁链幅值减小。在偶数扇区存在与定子磁链矢量平行的电压矢量,其对电磁转矩的作用比较明显。磁链分区后,矢量选择更加细致化，仿真结果显示转矩脉动比传统DTC要小,而且减小了开关损耗。但是没有使用零电压矢量,仍只有6个矢量可以选择，无法同时满足系统对转矩和磁链的要求•而且磁链矢量位置信号的细分也存在边界划分的问题。2.3离散空间矢量法(DSVM2DTC)传统DTC在一个采样周期内只能选择一个开关电压矢量，但若将一个采

7、样周期分为几个时间段，尽管每个时间段仍只能选择一个开关电压矢量•却可以在一个周期内组合成多个不同的电压矢量，这就扩大了对电压矢量的选择范围,增大了选择合适电压矢量的机会。文献［9］将一个采样周期分成三个相同的时间段，得到了更多的空间矢量，由于每个电压矢量的作用强度差异较大，考虑按转矩偏差的大小来选择不同的电压矢量。同时考虑转矩稳态变化和瞬态变化对电压矢量的不同要求•采用五位滞环比较器•并且还考虑了转速的影响，将转速分为三个区域,即高、中、低速区，再对这三个不同速度区域分别拟定不同的开关表。仿真结果表明,在稳态情况下,DSVM2DTC有效抑制了转矩脉动，而且保

8、留了传统DTC响应快的特点,但是只能提供有限的离散的