中国逆变器行业十年关键词五——直接转矩控制

时间:2019-03-25 06:46:43 来源:龙津农业网 作者:匿名



直接转矩控制技术,德语称为DSR(Direkte Selb-strelung),英语称为DSC(直接自控制)或DTC(直接转矩控制),是自20世纪70年代以来开发的一种新型交流控制技术。高性能。直接转矩控制是一种利用空间矢量和定子磁场定向分析方法,直接在定子坐标系统中分析异步电动机的数学模型,计算和控制异步电动机的磁链和转矩,并采用离散的双 - 点调节器(带 - 带控制)将扭矩检测值与扭矩参考值进行比较,以将扭矩波动限制在一定的公差范围内。容差由频率调节器控制,并产生PWM脉冲宽度调制。该信号直接控制逆变器的开关状态,以获得高动态性能的扭矩输出。直接转矩控制完成了交流调速的又一次飞跃。

1977年直接磁链和扭矩调整方法

早在1977年,美国学者ABPiunkett提出了一种类似于直接转矩控制的结构和思想的直接磁链和转矩调节方法。在该方法中,通过PI调整来调整转矩参考和反馈之间的差异。差频与电机转子的机械速度一起获得逆变器应输出的定子电压;定子磁链和反馈之间的差异是通过将电压积分到电压与定子频率之比来获得的。乘以逆变器应输出的电压,最后通过SPWM方法控制电机。只是当时对瞬时主通量的测量没有很好的解决方案,这使得它难以实施并且没有引起广泛的关注。

1981年磁场加速控制法

1981年,日本学者S. Yamamura在开发交流电机速度控制系统时提出了磁场加速度控制方法。严格指出,如果保持气隙磁场的幅度,则仅传输诸如电压,电流和扭矩的其他物理量。差动功能,此时,只需通过调节气隙磁链的转速,改变转子的瞬时转差频率即可达到控制转矩的目的。1983年磁链轨迹控制法

1983年,日本学者Y. Murai等人。将瞬时空间电压矢量理论应用于PWM逆变器感应电动机驱动系统。他们将逆变器和电动机作为一个整体,集成了三相电压进行控制,并提出了磁链轨迹控制方法,基于电压和磁通空间矢量的概念,成功地解决了瞬时主磁链的计算问题,并且方便地控制其振幅在整个速度调节范围内保持近似恒定,使其轨迹接近圆形。

1985年的直接自我控制(DSC)法案

1985年,德国鲁尔大学的M. Depenbrock教授首先通过瞬时空间理论的研究提出了直接转矩控制理论——直接自控(DSC)方案。 1987年,M。Depenbrock教授将这一理论扩展到弱磁速调节领域。该控制技术没有考虑如何通过去耦将定子电流分解为励磁电流分量和转矩电流分量,而是通过检测到的定子电压和电流,通过瞬时空间矢量理论简单地计算电机的磁链和转矩。 。并根据与给定值的差值实现磁链和转矩的直接控制,使直接转矩控制感应电机速度控制系统不仅电路简单,而且对电机参数不敏感,并在很大程度上解决了在矢量控制中,计算控制复杂,实际性能难以在理论分析结果中实现一些主要问题。

1986查询电压矢量表法

1986年,Isao Takahashi和Toshihiko Noguchi使用查询电压矢量表的方法来同时调整定子磁通和电机转矩。根据定子磁链幅度和电机转矩,磁滞式bang-bang调节器和定子磁链。矢量空间位置形成查找表所需的信息,并直接检测与要从电压矢量表施加的电压矢量对应的切换信号,从而控制逆变器。为了接近理想的圆形磁链连接轨迹,I。Takahashi使用准圆形定子磁链轨迹确保定子磁链幅度基本不变,但不同的电压矢量表将具有交流驱动的静态和动态性能系统。产生很大的影响。1992年无拍直接转矩控制

1989年,T.G。 Habetler等。佐治亚理工学院对直流链路谐振逆变器采用直接转矩控制,用反向电压矢量代替零矢量,以加快转矩响应。 1992年,他们提出了一种无铅预控制方法,克服了频带控制开关频率的缺点。 1995年,他们指出,无差拍控制的概念仅适用于稳态。为了加速动态期间的扭矩响应,可以直接选择使扭矩变化最快的电压矢量,而不考虑磁链的控制。无差拍控制可在一个控制周期内完全消除定子磁链模数和电磁转矩的动态和静态误差,消除滞后比较器产生的转矩脉动,使电机可以非常低的速度运行。速度范围已扩大。

同步电动机直接转矩控制于1996年

异步电动机直接转矩控制的优越特性引起了各大逆变器企业的关注。瑞士ABB于1995年率先推出用于直接转矩控制的ACS600系列通用变频器。它已升级为ACS800。 1996年,C.French和P.Acanlley将直接转矩控制技术引入永磁同步电机控制系统。它由L中,M.ERalman和胡宇文完善,构成了PMSM直接转矩控制的基本理论。与感应电动机直接转矩控制不同,PMSM直接转矩控制需要检测转子永磁体磁链的初始位置。因此,PMSM直接转矩控制的无速度传感器操作包括估计永磁通量的初始位置和运行期间电机速度的估计,这极大地促进了无速度和无位置传感器技术的发展。

2002直接解耦控制(DDC)方法

为了改善直接转矩控制的低速特性,Depenbrock教授和德国鲁尔大学的Steimel教授提出了一种间接自控ISR(Indirekte Selbstregelung)系统,将bang-bang控制器改为连续调节器,并进行调整定子磁链与PI。振幅被闭环控制以产生圆形定子磁链。 2002年,Chady EI Moucary等人。提出了一种基于ISR的直接解耦控制(DDC)方法。 DDC有两种类型:预测直接解耦控制(P-DDC)和直接解耦控制(PI-DDC)。 PI-DDC使用具有连续输出特性的PI调节器,根据转矩误差信号和磁链误差信号给出相应的定子电压分量。不需要解耦器,这提高了控制系统对参数变化的鲁棒性。减少了控制算法的计算量,消除了使用滞后比较器产生的转矩脉动。2003间接扭矩控制技术

在法国图卢兹举行的第10届欧洲电力电子与应用会议上,德国学者Steimel的间接定子数量控制(ISC)受到了各国学者的广泛关注。 ISC通过计算相邻控制周期的磁链增量来确定定子电压空间矢量,并在磁链轨迹为圆形的条件下控制电磁转矩。间接扭矩控制允许稳态和动态调节扭矩,同时确保磁链是圆形的。另外,因为可以精确地计算定子磁链的模数增量和相位增量,所以间接转矩控制可以通过增加控制周期而不增加转矩脉动来降低功率器件的开关频率。特性表明,ISC控制方法非常适合大容量,低速的速度控制应用。

直接转矩控制消除了矢量变换模式的坐标变换和计算,并简化了用于解耦的异步电机数学模型。没有传统的PWM脉宽调制信号发生器,因此其控制结构简单,控制信号处理的物理概念得到控制。清晰,系统的扭矩响应快速且无过冲,是一种具有高静态和动态性能的交流调速方法。除定子电阻外,该控制对所有电机参数都很稳健。引入的定子磁链观测器可以很容易地获得磁链模型,并且可以容易地估计同步速度信息。获得扭矩模型也很容易。磁链模型和扭矩模型形成一个完整的电机模型,可以轻松实现无速度传感器控制。随着现代科学技术的不断发展,直接转矩控制技术将与智能控制相结合,从根本上提高交流调速系统的性能,这是直接转矩控制的未来。

引用

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