摘要 针对感应电机直接转矩操控(DTC)体系发动电流过大的问题。提出一种将直流预励磁办法运用于DTC中的办法，即在零电压矢量和某一固定有用电压矢量之间进行切换，当电流超越设定值时就切换到零电压矢量。仿真和试验成果表明，该办法能有用减小发动电流，增大发动转矩，改进了DTC的功能。
关键词 感应电机;直接转矩操控;发动电流
感应电机直接转矩操控(DTC)因其无需旋转坐标改换，具有结构简略、鲁棒性强、动态功能好等长处。引起了国内外很多学者的广泛重视，现在已开展成为和矢量操控(VC)齐头并进的一种高功能电机操控战略。
各种DTC的改进操控办法均致力于改进其低速和稳态功能，减小磁链和转矩脉动。而尽量减小DTC发动时的过大电流，也是DTC研讨中需注意的问题。本文提出一种直流预励磁的办法运用于DTC战略中，即在零电压矢量和某一固定有用电压矢量之间进行切换，当电流超越设定值时即切换到零电压矢量，有用处理了发动电流过大的问题。
1 感应电机数学模型
在α-β停止坐标系中，运用定子和转子磁链矢量作为状况变量的感应电机方程为
式中，ψs和ψr为定子和转子的磁链矢量;Vs为定子电压矢量;ωr为转子的电角速度;Ls和Lr为定子和转子的自感;Lm为互感;Rs和Rr为定子和转子的电阻。
电磁转矩可运用定子和转子磁链矢量的叉积表明为
式中，Np为电机的极对数;
为漏感系数;δsr为负载角。
假定操控定子磁链改动的速度远大于转子的时间常数，可以为在这段时间内转子磁链稳定，所以只需操控定子磁链幅值不变，经过改动δsr便可快速操控电磁转矩。
2 感应电机直接转矩操控
2.1 空间电压矢量的构成
直接转矩操控的完成树立在空间电压矢量基础上，环绕电机的磁链和转矩进行直接操控，因而先介绍空间电压矢量的构成。
图1是电压源型逆变器(VSI)的示意图，其间uDC为逆变器输入侧的直流母线电压。逆变器每个桥臂的上下两个开关信号是互补的，即当T1管有门极驱动信号导通时，电机A相电压uAN=(2/3)uDC，当T4管有门极驱动信号导通时，电机A相电压uAN=0。
若用3个开关信号Sa、Sb、Sc来表征逆变器中悉数6个开关器材的通断状况，且设当某相开关信号为1时，表明该相上桥臂的器材导通，为0时表明下桥臂的器材导通，可得用开关状况表明的逆变器输出电压空间矢量Vs(Sa、Sb、Sc)。共有6个有用电压矢量 V1(100)，V2(110)，V3(010)，V4(011)，V5(001)，V6(101)和2个零电压矢量V0(000)，V7(11 1)。
关于上述8种逆变器的开关状况，就构成了8种逆变器输出电压。假定电机A相电压uAN独自作用时构成的空间电压矢量坐落定子三相坐标系A轴上，则不同开关状况下逆变器输出的空间电压矢量Vs可表明为
式中，Vs为空间电压矢量;uDC为直流母线电压;Sa、Sb、Sc为三相逆变器的开关状况。
2.2 直接转矩操控原理
两电平电压源逆变器的输出只要8种电压矢量，包含6个有用电压矢量(V1～V6)和2个零电压矢量(V0，V7)。依据有用电压矢量的方位，坐标平面分为6个扇区，如图2所示。
假定定子磁链矢量落在第1扇区，转速为逆时针方向。运用电压矢量V2、V3可增大转矩，而运用V5、V6可敏捷减小转矩。同理，运用V2、V6可增大磁链幅值，而运用V3、V5则减小磁链幅值。当V0或V7作用时，定子磁链幅值坚持不变，转矩将减小。
2.3 减小发动电流办法
因为电机在发动时磁通没有树立，若直接发动电机可能会形成发动电流过大引起设备维护。实践运用时可采纳预励磁办法先让电机内部树立起磁通再发动。预励磁的办法为直流预励磁，即在零电压矢量和某一固定有用电压矢量之间进行切换，当电流超越设定值时就切换到零电压矢量，运用该办法可在增大发动转矩的一起有用减小发动电流。
3 仿真和试验成果
试验体系操控板选用(TMS320F2812)DSP芯片，主开关器材选用2SK1941，逆变器PWM开关频率为30 kHz。体系的外环运用PI速度操控器发生转矩参考值，操控体系框图如图3所示。异步电机和操控体系参数为：采样频率fs=10 kHz;Pn=2.2 kW;Un=380 V;fn=50 Hz;Np=2;Rs=2.99 Ω;Rr=1.468 Ω;Lm=0.221 H;Lls=Llr=9.05 mH。
3.1 仿真成果
在Matlab/Simulink中对直接发动和预励磁发动进行比较研讨，图4是电机从停止发动到900 r/min和0.3 s时突加7 N·m负载的仿真波形。
如图4所示，电机以最大转矩14 N·m发动，当转速抵达给定转速后，转矩敏捷变为0 N·m，然后在0.3 s负载转矩从0突增至7 N·m，转矩敏捷呼应了负载的改动，阐明DTC的动态呼应敏捷。因为选用预励磁办法，发动电流大幅减小，峰值不超越10 A，如图4(b)所示，而直接发动电流挨近35 A，如图4(a)所示。
3.2 试验成果
图5给出了新DTC办法在空载时从停止到1 500 r/min的发动波形，经过对PI速度操控器进行限幅，电机快速到达额外转速，证明DTC办法动态呼应敏捷的长处。别的，从图5还可看出选用预励磁办法后，发动电流峰值不超越10 A，与仿真成果共同。
调查DTC体系对负载改动的抗干扰才能，进行了突加、减载试验如图6所示。可看出输出转矩呼应敏捷，体系对外部负载转矩表现出杰出的抗干扰才能。因为试验机组经过磁粉制动器加载，直接断电后并不能当即卸去悉数负载，所以图6中的输出转矩在加、减载时的呼应略有差异，首要表现在减载时转速改动较小，转矩并未像突加负载时快速改动。
4 结束语
针对感应电机DTC体系发动电流过大的问题，将一种直流预励磁的办法运用于DTC战略中。该办法在减小发动电流的一起，增大了发动转矩，改进了DTC的功能。
