永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩脈動的產(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：針對永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制中存在轉(zhuǎn)矩脈動大、逆變器開關(guān)不恒定的問題，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做出了相當(dāng)大的貢獻，提出了很多優(yōu)化或改進措施。文章綜述了近幾年來國內(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)矩脈動的原因以及抑制脈動轉(zhuǎn)矩方法的優(yōu)缺點。
關(guān)鍵詞：永磁同步電機；直接轉(zhuǎn)矩控制；轉(zhuǎn)矩脈動
中圖分類號：tm351; tm341; tm301.2 文獻標(biāo)志碼：a 文章編號：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，利用兩點式進行調(diào)節(jié)直接對電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩進行控制，使電機轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速。直接轉(zhuǎn)矩控制方法最早是針對感應(yīng)電機(im)提出的，其在感應(yīng)電機中的應(yīng)用研究已比較成熟。永磁同步電機( pmsm)具有體積小、重量輕、效率高的優(yōu)點，鑒于dtc在感應(yīng)電機中的成功應(yīng)用和永磁同步電機研制的突破性進展，近年來，將dtc控制策略拓展應(yīng)用于永磁同步電機，以提高電機的快速轉(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)簡單、響應(yīng)快速、對電機參數(shù)不敏感、系統(tǒng)魯棒性強等優(yōu)點，但也存在電流、磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動大、逆變器開關(guān)頻率不恒定等問題。其中轉(zhuǎn)矩脈動大是限制其在工業(yè)中應(yīng)用的主要原因。由于永磁同步電機的特性與異步電機有很大不同，在pmsm dtc中無法直接照搬im dtc的理論，故有必要專門討論pmsm dtc轉(zhuǎn)矩脈動抑制問題。下面將分析pmsm dtc產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的原因，并對近幾年來國內(nèi)外的研究進展作一下介紹。
1 永磁同步電機dtc基本原理及轉(zhuǎn)矩脈動分析
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，通過檢測定子電壓、電流，直接在定子坐標(biāo)系下觀測電機的磁鏈、轉(zhuǎn)矩，并將此觀測值與給定磁鏈、轉(zhuǎn)矩相比較，差值經(jīng)2個滯環(huán)控制器得到相應(yīng)控制信號，再綜合當(dāng)前磁鏈狀態(tài)從開關(guān)表中選擇合適的電匝空間矢量來控制逆變器的電子開關(guān)的狀態(tài)，直接對電機轉(zhuǎn)矩實施控制。永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制原理框圖如圖1所示.
1.2 dtc轉(zhuǎn)矩脈動分析
傳統(tǒng)dtc（圖1）中滯環(huán)比較器有兩個控制狀態(tài)，在一定范圍內(nèi)無論誤差大小，滯環(huán)比較器都具有相同的輸出，在整個開關(guān)周期內(nèi)，所選擇的電壓矢量作用于電機，定子電流、轉(zhuǎn)矩等量始終沿著一個方向變化，即每個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)矩在一個開關(guān)周期的較短時間內(nèi)就達到參考值，面余下的時間未發(fā)生逆變器開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，所選擇的電壓矢量仍作用于電機，使轉(zhuǎn)矩繼續(xù)沿原來的方向變化，超出轉(zhuǎn)矩滯環(huán)的范圍，從而產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動。另外，逆變器開關(guān)頻率不固定也是加劇轉(zhuǎn)矩脈動的一個原因。
雖然可以通過減小滯環(huán)的寬度來減小轉(zhuǎn)矩的脈動，但這將提高電壓矢量的切換頻率，導(dǎo)致開關(guān)器件的開關(guān)損耗增加。針對pmsm轉(zhuǎn)矩脈動大的問題，國內(nèi)外工作者提出了一些改進方案。
2開關(guān)表優(yōu)化法
2.1采用零電壓矢量的方法
永磁同步電機dtc和感應(yīng)電機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[4]明確指出在pmsm dtc中，不用零失量參與控制，只使用6個電壓空間矢量，并根據(jù)永磁同步電機的特點建立了開關(guān)表，從仿真波形可以看出，電機獲得了快速響應(yīng)，但是轉(zhuǎn)矩脈動仍然很大。文獻[5][6]對零矢量的作用進行了仿真和實驗分析，證明在低速條件下，零電壓矢量對轉(zhuǎn)矩影響非常小，可以用來保持轉(zhuǎn)矩值，但是當(dāng)轉(zhuǎn)速很高時，零電壓矢量會減小轉(zhuǎn)矩，實驗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。文獻[7]根據(jù)零電壓矢量的特點，在系統(tǒng)低速穩(wěn)態(tài)運行時選用零矢量減小轉(zhuǎn)矩、在低速瞬態(tài)運行時選用有效電壓矢量來減小轉(zhuǎn)矩脈動，優(yōu)化了開關(guān)表，實驗結(jié)果顯示這種方法能在 |
