异步电机直接转矩控制学习笔记

  导读：本期文章对异步电机直接转矩控制进行梳理学习。DTC包括转速外环、磁链观测器、滞环和电压矢量离线开关表。离线电压矢量开关表分为两种：添加零矢量和未添加零矢量。

  不同于矢量控制技术，DTC利用Bang-Bang控制（滞环控制）产生PWM信号，对逆变器的开关状态进行最佳控制，从而获得转矩的高动态性能。DTC具有自己的特点，它在很大程度上解决了矢量控制中存在的一些问题，如计算的复杂特性，易受电动机参数变化的影响，实际性能难以达到理论分析结果等。DTC摒弃了传统矢量控制中的解耦思想，而是将转子磁通定向更换为定子磁通定向，取消了旋转坐标变换，减弱了系统对电机参数的依赖性，通过实时检测电机定子电压和电流，计算转矩和磁链的幅值，并分别与转矩和磁链的给定值比较，利用所得差值来控制定子磁链的幅值及该矢量相对于磁链的夹角，由转矩和磁链调节器直接输出所需的空间电压矢量，进而达到磁链和转矩直接控制的目的。

  在电动机实际运行中，保持定子磁链幅值为额定值，以便充分的利用电动机铁心；转子磁链幅值由负载决定。通过控制定子磁链与转子磁链之间的夹角即转矩角能控制电动机的转矩。在直接转矩控制中，其基本操控方法是通过选择电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度，控制定子磁链走走停停，以改变定子磁链的平均旋转速度的大小，从而改变转矩角的大小，以达到控制电动机转矩的目的。

  直接转矩控制采用两个滞环比较控制器，分别比较定子给定磁链和实际磁链、给定转矩和实际转矩的差值，然后，根据这两个差值查询逆变器电压矢量开关表得到要加在异步电动机上的恰当的电压开关矢量，最后通过PWM逆变器来实现对异步电动机的控制。整个控制框图如图（2-1）所示。

  DTC基于定子磁链的位置信号以及转矩与磁链幅值的误差信号直接离线查找矢量表，得到最优电压矢量。

  对比图 （4-2）和（4-3），能够获得以下结论：1）零矢量的加入，影响定子磁链；2）零矢量的加入使得转速超调更小；3）加入零矢量的DTC相比于传统的DTC，转矩波动明显减小。

  直接转矩控制由于其快速响应特性，大范围的应用于异步电机控制领域，然而，传统的直接转矩控制存在转矩波动等问题，影响了其控制性能。利用零矢量具有保持转矩的特性，将其加入到异步电机转矩控制当中，仿真根据结果得出，零矢量的加入能够有效减小转矩波动。

  关键字：引用地址：异步电机直接转矩控制学习笔记上一篇：西门子PLC的常见故障及解决办法

  引言 随着电力电子技术、微电子技术及交流伺服控制理论的发展，交流伺服驱动已经具有可与直流伺服驱动相比拟的性能，并且交流伺服传动技术已大范围的应用于印刷、数字控制机床、食品包装、纺织、塑料、电子半导体等行业 。交流伺服传动系统的电机一般又分为交流永磁同步电机和鼠笼式交流异步电动机，在小功率范围交流永磁同步伺服系统有一定的优势但是在大功率伺服系统中，鼠笼式异步电机因结构相对比较简单、制造容易、价格低、应用场景范围广、过流能力大的特点而得到普遍应用 。笔者研制了一套基于ASIPM、现场可编程逻辑门阵列（FPGA）和专用的数字信号处理器 （DSP ）的鼠笼式三相异步电动机伺服系统，本文介绍了系统控制原理、硬件和软件的设计，通过实验对其进行了验证。

  摘 要：软启动的调压模块一般由三相反并联晶闸管组成，能够最终靠改变晶闸管的触发角改变定子的电压，方便控制，性能好。文章对三相异步电机的启动进行概述，分析了软启动的原理和特性，介绍了软启动系统构成及作用，同时分析了软启动技术的优越性和实用性。 0引言 传统电动机启动，对电力系统的各个部件造成重大影响，降低它们的常规使用的寿命，甚至有可能形成电网电压骤降，进而影响电力系统的安全运转，直接影响电网中的其余电气设施运转状态。如此大的电流不但加重了输入线路、供电网和电机前方的开关设施的负载，巨大的转矩冲击导致电机产生剧烈的脉冲。还给用于动力传递的辅助设施，如三角带、传动机构和用于动力传递的机械设备带来了机械冲击，并且没办法避免。 电动机频繁使

  软启动的控制方式 /

  导读;异步电机速度估计的方法大致上可以分为两大类：模型法和基于非理想特性的方法。本期文章介绍的是直接计算法(动态速度估计器)，这种方法属于模型法中的开环速度估计。 异步电机矢量控制管理系统中，转速的闭环控制必不可少，其是保证控制稳定性和控制性能的保证。矢量控制从其获取速度的不同方法来分，可大致分为有速度传感器和无速度传感器两大类。一般早期的异步电机矢量控制常采用光电码盘等速度传感器来进行转速的直接检测，并反馈被测电机的转速信号。但额外的速度传感器不仅会增加系统的成本，其次如果传感器安装不当也易影响测速精度，而且传感器的安装还会使电机轴向上体积增大，给电机的日常维护带来一定困难，并且速度传感器还会降低电机的机械鲁棒性，在高温、高湿环境下传感

  速度估计方法之直接计算法 /

  svpwm操控方法适用场合 SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制）是一种高级的电机操控方法，可以将三相交流电压控制信号变换成空间矢量控制信号，以此来实现电机的高效率、高稳定性和高精度控制。SVPWM操控方法适用于许多电机控制场合，最重要的包含以下几个方面： 1. 高性能电机控制：SVPWM操控方法可以在一定程度上完成电机的高性能控制，适用于很多类型的电机，包括直流无刷电机（BLDC）、永磁同步电机（PMSM）、感应电机等。与传统的PWM操控方法相比，SVPWM操控方法具有更高的控制精度和更高的转速性能。 2. 高效率电机控制：SVPWM操控方法可以在一定程度上完成电机的高效率控制，可以最大限度

  1 引言 目前，矢量控制（vc）和直接转矩控制（dtc）已经被人们公认为是高性能的交流变频调速技术。矢量控制管理系统采用转子磁链定向，实现了定子电流转矩分量与磁链分量的解耦，可以按线性理论分别设计转速与磁链调节器（一般都会采用pi调节器），实行连续控制，从而获得较宽的调速范围，但系统易受转子参数变化的影响。直接转矩控制管理系统则舍去很复杂的旋转坐标变换，直接在定子静止坐标系上，计算电磁转矩和定子磁链，并用双位式bang-bang控制对转矩和磁链进行调解，受电机参数影响较小，转矩响应快，但由于bang-bang控制本身属于p控制，不可避免地产生转矩脉动，影响系统低速性能。本文介绍的isr（indirekte selbst regelung）控制

  同步电机和异步电机是两种不同的电机类型，变频控制是一种控制电机转速和运行特性的技术。下面将详细的介绍同步电机和异步电机变频控制的区别。 一、同步电机： 同步电机是一种旋转磁场与转子之间保持同步的电机。它的转速与电源频率成正比，通常用于大功率负载，如风力发电机、水力发电机和矿物工业中的压缩机等。 1.1 原理： 同步电机的转子由恒磁铁制成，当电机通过交流电源供电时，产生旋转磁场。同步电机的转子旋转的速度等于旋转磁场的速度，因为它们保持同步。这种类型的电机需要一个外部磁场，通常为恒定的直流磁场。 1.2 特点： - 转速稳定：同步电机的转速由电网频率控制，因此在额定负载下的转速很稳定。 - 高效率：同步电机具有较高的功率因素和效率。

  1前言 目前在工矿企业中使用着大量的交流异步电动机（包括380V/660V低压电动机和3kV/6kV中压电动机），有相当多的异步电动机及其拖动系统还处于非经济运行的状态，白白地浪费掉大量的电能。究其原因，大致是由以下几种情况造成的： （1）由于大部分电机采取直接起动方式，除了造成对电网及拖动系统的冲击和事故之外，8～10倍的起动电流也造成巨大的能量损耗； （2）在进行电动机容量选配时，往往片面追求大的安全余量，且层层加码，结果使电动机容量过大，造成“大马拉小车”的现象，导致电动机偏离最佳工况点，运行效率和功率因数降低； （3）从电动机拖动的生产机械自身的运行经济性考虑，往往要求电力拖动系统具有变压、变速调节能力，若

  电机驱动能效不论提高多少，都会节省大量的电能，这就是市场对先进的电机控制算法的兴趣日浓的部分原因。三相无刷电机主要指是交流感应异步电机和永磁同步电机。这些电机以能效高、可靠性高、维护成本低、产品成本低和静音工作而著称。感应电机已在水泵或风扇等工业应用中得到普遍应用，并正在与永磁同步电机一起充斥家电、空调、汽车或伺服驱动器等市场。推动三相无刷电机发展的根本原因有：电子元器件的价格降低，实现复杂的控制策略以克服本身较差的动态性能成为可能。 以异步电机为例。简单的设计需要给定子施加三个120°相移的正弦波电压，这些绕组的排列方式能够产生一种旋转磁通量。利用变压器效应，这个磁通量在转子笼内感应出一股电流，然后产生转子磁通量。就

  序分量分析

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