[实用新型]一种永磁同步电机的直接转矩控制装置

说明书

技术领域

本实用新型属于交流电机传动技术领域，尤其是一种永磁同步电机的直接转矩控制装置。

背景技术

直接转矩控制是一种高性能的交流调速控制策略，首先由德国的depenbrock和日本的takahashi针对异步电机应用而分别提出，后由ABB公司在20世纪90年代推出了相应的产品。1997年澳大利亚新南威尔士大学的Rahman教授将直接转矩控制方法引入到永磁同步电机(PMSM)中。

永磁同步电机的常规直接转矩控制方法采用转矩滞回比较器和磁链滞回比较器，根据定子磁链的位置，从开关表里选取合适的电压矢量对磁链和转矩进行控制。由于可供选择的电压矢量只有8个，选择的电压矢量无法同时满足系统对磁链和转速的双重要求，会导致电机系统出现较大的转矩和磁链波动；另外，滞回比较器会导致系统的开关频率不恒定。近年来，空间矢量调制(SVM)方法被引入到直接转矩控制中来，如专利ZL 200710019081，但是所采用的电压估算方法较为复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服了现有直接转矩控制方法的上述缺陷，提供了一种永磁同步电机的新型直接转矩控制方法。该方法利用空间矢量调制技术获得更多的、连续变化的空间电压矢量，并用电压估算算法替代滞回比较器，控制方法简单并且实现了对定子磁链和电机电磁转矩的精确控制，提高了直接转矩系统的性能。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。本实用新型包括永磁同步电机、信号检测电路、处理器和逆变器。其中：

永磁同步电机与信号检测电路相连接，永磁同步电机的电流信号输出给信号检测电路；

信号检测电路和逆变器相连接，逆变器输出永磁同步电机的直流母线电压信号给信号检测电路；

信号检测电路和处理器相连接，信号检测电路的输出电压、电流信号送至处理器；

处理器和逆变器相连接，处理器输出的开关信号给逆变器；

逆变器和永磁同步电机相连接，逆变器输出三相交流电给永磁同步电机。

本实用新型的控制方法：是根据定子磁链幅值误差和电磁转矩误差分别估算定子旋转坐标系下的参考电压矢量，再将参考电压矢量变换到定子两相静止坐标系下，最后以空间矢量调制方式产生逆变器的开关信号以控制永磁同步电机。

实现该控制方法的处理器包括3/2变换模块、磁链和转矩估算模块、磁链电压转换模块、转矩电压转换模块、坐标变换模块和SVM模块，均在处理器中用软件实现，依次有以下步骤：

1)根据输入到处理器的电压、电流信号经3/2变换模块、磁链和转矩估算模块估算当前定子磁链和电磁转矩，其中，3/2变换模块完成坐标变换功能，磁链和转矩估算模块实现磁链和转矩估算；

2)磁链和转矩估算模块输出磁链幅值|ψ_s|与给定磁链幅值|ψ_s^*|的误差经过磁链电压转换模块得到参考电压矢量分量u′_x；磁链和转矩估算模块输出的转矩T与给定转矩T^*的误差经过转矩电压转换模块得到参考电压矢量分量u′_y；xy坐标系为定子旋转坐标系，其中，x轴定位沿着定子磁链瞬时指向方向，y轴定位于x轴逆时针旋转90度的方向；

3)对参考电压u′_x、u′_y进行限幅，得到u_x^*、u_y^*分别作为磁链电压转换模块7和转矩电压转换模块的输出；

4)坐标变换模块实现坐标系变换功能，将输入的u_x^*、u_y^*变换到定子静止αβ坐标系，得到电压分量u_α^*和u_β^*；

5)SVM模块实现空间矢量调制功能，送至SVM模块的u_α^*、u_β^*通过空间矢量调制算法产生逆变器的开关信号S_a、S_b、S_c控制逆变器。

本实用新型具有以下优点：

1)采用空间矢量调制方法并以比例控制器替代传统的滞回比较器，可有效降低磁链和转矩的脉动；

2)采用的电压矢量估算方法简单，可简化控制系统结构使之易于实现；