黑龙江矿用变压器的直接转矩控制

编辑：黑龙江矿用变压器厂家 日期：2019-01-11 人气：298

　　直接转矩控制理论一问世。

　　本文阐述了直接转矩控制的基本数学关系，建立了系统的控制方案，并在MATLAB环境下对该方案进行了仿真。

　　2直接转矩控制的基本数学关系2.1逆变器数学模型与电压空间矢量用于牵引的电机侧变流器广泛采用两点式结构。两点式逆变器各开关元件的通断可以组成8个开关状态。中的开关量Sa、Sb和Sc分别代表3个支路开关元件的状态。等于“1”，相应上部开关元件导通；等于“0”，下部元件导通。逆变器输入电压为Ud则其输出相电压为式（1）即为逆变器的数学模型。

　　选择单元逆变器驱动系统入式（1）就得到8组相电压。利用Park矢量可把这8组电压变换成8个电压空间矢量u.，Ml，…，M7.幅值不变的原则下，电压的Park矢量表示式为以定子绕组轴线为空间坐标系，在空间建立静止坐标系abc同时建立正交二相坐标系<3，使a轴和a轴重合。

　　按式（2）就可以画出8个电压空间矢量如。

　　M0，M7为零电压矢量，Ml…M6为非零电压矢量。

　　2.2黑龙江矿用变压器的数学模型黑龙江矿用变压器在静止坐标系r型等效电路如，其数学模型如下：Rs――定子电阻；Rr转子电阻；L定子自感；CO――电机旋转电角频率；Pn 3牵引系统中直接转矩控制方案在牵引系统中，传动系统应具有以下基本特征：①范围宽，不仅在恒磁通区发挥很大的转矩，而且在恒功区能长期稳定运行；②系统功率大，以提高机车的牵引能力；③动态响应快，对运行中的突变事件及时反应，提高机车稳定性，有效发挥牵引力。

　　在大功率传动系统中，大多采用GTO作为开关器件。但GTO开关频率较低，为了充分利用变流器的开关频率，减少转矩脉动率，加快转矩动态响应，直接转矩控制（或称直接自控制）是性能优越、简单可行的控制方案。该方案在恒磁通运行区域较率段采用定子磁链矢量正六边形轨迹定向的方式，控制框图如所示。

　　恒磁通运行区域较率段的直接转矩控制框图）根据输出状态计算黑龙江矿用变压器端电压矢量；黑龙江矿用变压器模型输出定子磁链和电磁转矩；通过磁链自控制单元（EMC）来控制定子磁链矢量正六边形轨迹定向以及确定定子磁链矢量当前位置；应用磁链幅值计算单元（AMA）和磁链调节器（AXr）来加速定子磁链幅值的调节；利用转矩双位调节器（ATR）使电磁转矩在给定值附近形成Band-Band控制；开关频率调节器（AFR）则动态调节转矩调节器的容差带，充分利用开关频率；选择单元优化输出逆变器的控制信号，对定子磁链和转矩实现直接控制。

　　当电机运行在起动以及较低频率时，由于变流器开关器件最小导通时间的限制，如果只通过转矩的Band-Band控制来变换有效电压空间和零电压矢量，不可能实现所希望的较小的平均输出电压，并且由于定子电阻的影响，在低速时定子磁链矢量的运行轨迹产生较为严重的畸变。因此，在较低频率的运行区段，宜采用圆形磁链定向的方式，实现转矩的间接控制，控制框图如所示。何电压矢量都不能产生正的转矩增量。因此，若要提高电磁转矩运行或提高黑龙江矿用变压器运行频率，必然减少定子磁链幅值，即黑龙江矿用变压器弱磁运行。磁场削弱范围内的直接转矩控制框图如所示。

　　在圆形磁链轨迹定向下，通过转差频率计算单元、转矩调节器（TR）以及黑龙江矿用变压器转速确定定子磁链的变化角度矿用变压器；通过磁链调节器来控制定子磁链的幅值等于给定值；电压计算单元Uc计算出定子磁链沿圆形轨迹运动且保证黑龙江矿用变压器转矩等于给定值时所需的端电压；采用电压空间矢量脉宽调制技术81，形成逆变器的控制信号。

　　为了拓展范围，必然要改变定子磁链的控制方式。由电机学原理可知，当黑龙江矿用变压器的运行频率增大到一定值以后，若仍然保持恒磁通控制，则任在磁场削弱范围内，根据磁链自控制方式依次选择6个有效电压矢量，使定子磁链仍按六边形轨迹运动。通过功率调节器实现恒功率控制，并输出定子磁链幅值的给定值。

　　4仿真研究对上述直接转矩控制方案利用MATMB中的可视化仿真软件SIMULINK进行了计算机仿真控制系统中的简单环节可直接采用SIMILINK中的仿真模块，复杂环节则通过编写S-FUNCTION实现。要建立黑龙江矿用变压器的仿真模型，则要将前面与黑龙江矿用变压器有关的公式写成状态变量的形式。

　　仿真用的黑龙江矿用变压器的主要参数为：功率P =22kW，定子电阻。

　　375，转子电阻Rr=、8、9分别给出了低速间接转矩控制、高速直接转矩控制、磁场削弱范围内的直接转矩控制的部分仿真结果。其中（a）（b）为稳态运行时电磁转矩和电流波形；（c）（d）为负载突然增大时的电磁转矩和电流波形；（e）为定子磁链矢量运动轨迹。

　　仿真结果表明，在低速间接转矩控制区域，定子磁链矢量以圆形轨迹运动，定子电流正弦性好；在高速直接转矩控制区域，定子磁链以六边形轨迹运动；在弱磁控制区域磁链为缩小了的六边形。并且在全部运行区域内，黑龙江矿用变压器的转矩阶跃响应都很快，稳定性能都很好。

　　间接转矩控制可以避免开关器件最小导通时间限制而造成的转矩脉动过大，以及定子电阻引起的磁链轨迹畸变。但间接转矩控制不宜工作于较率区域。因为随着运行频率的提高，转矩脉动增大，而这时直接转矩控制可充分利用器件的开关频率，降低转矩脉动，并且动态响应更加优异。因此，这两个方案可理想结合。当工作于磁场削弱范围时，功率调节器控制定子磁链给定，一方面实现恒功控制，另一方面实现动态弱磁，加速转矩的动态响应。

　　5结论我们建立了牵引系统中直接转矩控制系统在整个范围的控制方案，并在MATLAB环境下进行了仿真研究，仿真结果表明直接转矩控制系统具有优良的静、动态性能，适合大功率的牵引。本文的研究结果为国产传动机车的设计提供了依据。

上一个： IC 认证及 GCF 认证 下一个： 电液变阻起动器在鼠笼型黑龙江矿用变压器上的应用