【摘要】：與傳統(tǒng)的三相電機驅動系統(tǒng)相比,多相電機具有低壓大功率輸出、高可靠性等優(yōu)點,特別適合應用于電動汽車、航空航天等領域。隨著電力電子技術和控制理論的發(fā)展,電機的相數(shù)不再是電機驅動系統(tǒng)的一個制約因素,多相電機驅動系統(tǒng)得到了越來越多的關注。直接轉矩控制具有結構簡單、轉矩響應迅速的特點,但面臨轉矩脈動大和電流諧波含量高的問題。論文以雙三相永磁同步電機為研究對象,對直接轉矩控制技術進行了深入研究。論文首先介紹了雙三相永磁同步電機的結構及其在自然坐標系下的數(shù)學模型,通過坐標變換,得到了雙三相永磁同步電機在矢量空間解耦坐標系下的數(shù)學模型,在Simulink中進行仿真建模,驗證了電機模型的正確性。其次,詳細描述了雙三相永磁同步電機直接轉矩控制的基本原理,介紹了控制系統(tǒng)各個組成部分的功能,分析了六相電壓源逆變器的開關狀態(tài)以及不同電壓矢量對轉矩和磁鏈的作用,以轉矩響應最快為目標,給出了傳統(tǒng)直接轉矩控制的矢量開關表。針對傳統(tǒng)直接轉矩控制系統(tǒng)存在轉矩脈動大的問題,提出了改進的直接轉矩控制策略,包括高階轉矩滯環(huán)比較器和占空比調制兩種方法。利用六相逆變器提供了豐富的電壓矢量,將傳統(tǒng)的三階轉矩滯環(huán)比較器擴展為七階滯環(huán)比較器,實現(xiàn)了對轉矩誤差的分級控制。對于直接轉矩控制中一個有效矢量作用于整個采樣周期的問題,引入占空比調制,通過合理分配有效矢量和零矢量的作用時間,達到減小轉矩波動的目的,并且同時給出了兩種不同的占空比計算方法,包括基于在線計算的占空比DTC和基于離線查表的占空比DTC。最后,為了抑制雙三相永磁同步電機直接轉矩控制中的電流諧波,深入分析了逆變器開關矢量在兩個子平面的分布規(guī)律,基于輸入諧波平面的電壓幅值為零的約束,提出了合成虛擬矢量的控制算法,詳細對比了兩類不同的虛擬矢量合成方式。仿真結果表明,基于虛擬矢量的直接轉矩控制可以有效抑制諧波電流。
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM341
【圖文】：

不利于對目標控制變量的量空間解耦的方法，通過正交解耦變換矩下的數(shù)學模型，可以對兩個子平面獨立雙三相永磁同步電機數(shù)學模型的基礎上相永磁同步電機的數(shù)學模型構空間位置分布，可以分為對稱六相電機（雙 Y 移 30°），其中雙 Y 移 30°的六成，因而可以將三相電機中成熟的控制雙三相永磁同步電機的結構圖，ABC 和組都采用 Y 型連接，兩套三相繞組的定

電磁轉矩由式（2.3）變?yōu)? [( ) ]e p d q d q q fT n L L i i i （2.15）同步旋轉坐標系下的定子電感陣變?yōu)閷顷�，并且�?shù)值恒定，不再隨轉子位置角變化而變化，從而實現(xiàn)了磁鏈方程的定常和解耦。雙三相永磁同步電機由一個六維空間變成了三個正交的二維子空間，其中 d-q 子空間的模型和三相電機在 d-q 坐標系的模型一致，這為將三相電機中成熟的控制策略應用到雙三相電機系統(tǒng)提供了參考。雖然z1-z2 子空間的電流不會產(chǎn)生轉矩，但該子空間的電流僅由定子電阻和漏感決定，而電阻和漏感都比較小，所以很小的電壓也總是能產(chǎn)生較大的諧波電流。2.4 Matlab/Simulink 建模與仿真分析2.4.1 Simulink搭建模型在現(xiàn)有的 Matlab 版本中沒有雙三相永磁同步電機模型，因此，首先需要搭建基于2.3 節(jié)中的數(shù)學模型的電機模塊，如圖 2.2 所示。模型主要有五個部分：電壓 Park 變換模塊、電壓方程模塊、運動方程模塊、電流反 Park 變換模塊、輸出與測量模塊。

圖 2.4 運動方程模塊Fig. 2.4 Motion equation module電壓 Park 變換模塊：輸入量是自然坐標系下的六個相電壓，通過變換矩陣6 s /2rT，得到的輸出量為d q z1 z2u 、 u 、 u 、 u。矩陣6 s /2rT如圖 2.5 所示。電流反 Park 變換模塊：該模塊將輸入電流d q z1 z2i 、 i 、 i 、 i通過變換陣16 s /2r T得到自然坐標系下的六相電流。輸出與測量模塊：整個電機模型的輸出信號包括了自然坐標系下的六相電流；矢量解耦坐標系下的電壓d q z1 z2u 、 u 、 u 、 u和電流d q z1 z2i 、 i 、 i 、 i；轉子的機械角度the m 、機械角速度m 以及電磁轉矩eT 。

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