电力牵引交流传动控制系统.ppt
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1、第八章 异步电机直接转矩控制系统,主讲人:葛兴来 副教授,博士Email:西南交通大学电气工程学院列车控制与牵引传动研究室,2,8.1 直接转矩控制基本原理8.2 直接转矩控制系统的实现8.3 直接转矩控制在电力牵引中的应用低速时圆形磁链轨迹控制高速时六边形磁链轨迹控制弱磁升速恒功率控制8.4 矢量控制与直接转矩控制的比较,主要内容,3,8.1 直接转矩控制基本原理,基本思想 直接转矩控制系统简称 DTC(Direct Torque Control)系统,是继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。在它的转速环里面,利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩,因而得名。
2、,4,直接转矩控制技术简介,直接转矩控制是继矢量控制之后,1985年由德国鲁尔大学M.Depenbrock和日本的I.Takahashi教授分别提出的直接自控制(Direct Self Control)和直接转矩控制(Direct Torque Control)发展而来的一项新型的交流电机控制技术,其中前者的方法是基于六边形磁链轨迹进行控制的,主要应用了大功率调速系统;后者的方法是基于圆形磁链轨迹来进行控制的,主要用中小功率的场合。在直接转矩控制中不需要对转矩和磁链进行解耦,因此没有复杂的坐标变换;其以磁链和转矩为控制对象,因此可以获得很好的动态性能。,5,电磁转矩控制原理,电机转矩:电磁转矩
3、决定于定子磁链矢量和转子磁链矢量的矢量积,即决定于两者幅值和其间的空间电角度,6,8.2 直接转矩控制系统实现,系统组成,图8-1 按定子磁链控制的直接转矩控制系统,7,传统直接转矩控制原理,8,1、结构特点,转速双闭环:ASR的输出作为电磁转矩的给定信号;设置转矩控制内环,它可以抑制磁链变化对转速子系统的影响,从而使转速和磁链子系统实现了近似的解耦。转矩和磁链的控制器:用滞环控制器取代通常的PI调节器。,9,2、控制特点,与VC系统一样,它也是分别控制异步电动机的转速和磁链,但在具体控制方法上,DTC系统与VC系统不同的特点是:,1)转矩和磁链的控制采用双位式砰-砰控制器 2)选择定子磁链作
4、为被控量3)由于采用了直接转矩控制,在加减速或负载变化的动态过程中,可以获得快速的转矩响应,10,3、控制实现的核心问题,除转矩和磁链砰-砰控制外,DTC系统的核心问题就是:转矩和定子磁链反馈信号的计算模型;如何根据两个砰-砰控制器的输出信号来选择电压空间矢量和逆变器的开关状态。,11,(1)定子磁链的计算-电压模型法,在低速时,定子电阻压降占主导地位,定子电阻参数变化对结果影响很大,要随着温度的变化对电阻值进行修正积分器存在误差累积和直流温漂问题,在电机低速运行时问题将十分突出,12,电流-速度模型法,要利用转子时间常数及定、转子电感值,精确地测量转子电角速度,参数的准确性及测量精度对估计结
5、果都有较大的影响,图8-2 i-n模型检测定子磁链,13,电压速度模型法,图8-3 u-n模型检测定子磁链,14,(2)电磁转矩的计算,15,(3)电压空间矢量和逆变器开关状态的选择,在图8-1所示的 DTC 系统中,根据定子磁链给定和反馈信号进行砰-砰控制,按控制程序选取电压空间矢量的作用顺序和持续时间。磁链轨迹可分为正六边形控制和近似圆形控制两种,16,一、正六边形的磁链轨迹控制,在右图所示的 DTC 系统中,根据定子磁链给定和反馈信号进行砰-砰控制,按控制程序选取电压空间矢量的作用顺序和持续时间。如果只要求正六边形的磁链轨迹,则逆变器的控制程序简单,主电路开关频率低,但定子磁链偏差较大;
6、,17,磁链滞环调节,18,转矩滞环调节,19,二、圆形磁链轨迹控制,如果要逼近圆形磁链轨迹,则控制程序较复杂,主电路开关频率高,定子磁链接近恒定。该系统也可用于弱磁升速,这时要设计好*s=f(*)函数发生程序,以确定不同转速时的磁链给定值。,20,磁链滞环比较器,21,磁链位置判断,根据磁链幅值 及分量、的大小确定分区,22,转矩滞环调节,23,电压矢量切换表,24,8.3 直接转矩控制在电力牵引中的应用,25,间接定子量控制(Indirect Stator-Quantities Control)ISC,这是一种结合了DSC与SVPWM的控制方案优点的新型控制方案,即根据当前控制周期内的定子
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- 电力 牵引 交流 传动 控制系统
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