异步电机动直接转矩控制基本原理异步电动机直接转矩控制基本原理从1985年德国鲁尔大学德彭布洛克（Depenbrock）教授首次提出直接转矩控制理论以来，短短十几年时间，直接转矩控制理论以它简明的系统结构，优良的静、动态性能得到迅猛发展和应用。1异步电动机的数学模型异步电机数学模型是一个高阶、强耦合、多变量、非线性系统。理想状态下（一般这样假设）电机三相（定、转子）均对称，定、转子表面光滑，无齿槽效应，电机气隙磁势在空间正弦分布，铁心涡流、饱和及磁滞损耗不计。在固定坐标系下（，，0），用异步电机转子的量来表示异步电机数学模型（则有＝＝0）。基本方程如下：（1）（2）（3）、：定子电阻和自感、：转子电阻和自感：定子互感：电机转子角速度，即机械角速度异步电机动直接转矩控制基本原理、：定子电压（、）分量、：定子电流（、）分量、：转子电压（、）分量、：转子电压（、）分量，分别为机械转动惯量和机械磨擦系数本文均采用空间矢量分析方法，图1是异步电机的空间矢量等效图，在正交定子坐标系（坐标系）下描述异步电机模型。各个物理量定义如下：—定子电压空间矢量—定子电流空间矢量—转子电流空间矢量—定子磁链空间矢量—电角速度依图1以下表达式表示异步电机在定子坐标系下的方程：(4)0=-+j(5)=L(6)isRsRrsurjLuir.s.图1异步电动机空间矢量等效图异步电机动直接转矩控制基本原理=-(7)定子旋转磁场输出功率为（下式表示定子旋转磁场的频率）：P===(8)并且有＝(9)把表达式(9)分解到（）坐标下得：（10）（11）把式（10）和式（11）代入式（8）得转矩表达式：（12）从图1可得：，结合式（6）、式（7）得：（13）上式也可以表示成（为磁通角，即定子磁链与转子磁链之间的夹角）：（14）定子磁链的幅值根据式（4）由定子电压积分来计算的，而转子磁链幅值由负载决定的，它根据式（5）由转子电流决定，而稳态转矩据式（14）则通过计算磁通角来实现。2电压型逆变器的模型逆变器是直接转矩伺服驱动器中的重要部分，本系统采用的是电压型逆变器如图2，每个桥臂各有上、下两个开关管（、、、、、），在同一时刻总2EcbacSaScSbSbS图2电压型逆变器异步电机动直接转矩控制基本原理有一个开关管断开，另一个闭合。其中与，与与均互为反向，也即一个导通而另一个断开。a、b、c表示异步电机的三相。逆变器总共有8种开关状态，如表1：表1逆变器8种开关状态从表1可以看出，开关状态0、7属于同一状态，其相当于把电机三相A、B、C同时接到同一电位上，这两种状态称为零状态；而另外状态1～6则称为工作状态所以实际上电压逆变器共有7种不同状态。由图2可知，当电压型逆变器在没有零电平输出时它的六种工作状态的电压波形、电压幅度和开关状态的对应关系如图3，图中、、、、、分别对应状态（011）、（001）、（101）、（100）、（110）、（010）。开关状态01234567010101010011001100001111异步电机动直接转矩控制基本原理把逆变器的输出电压用空间矢量来表示，电压空间顺序见图4。表示电压矢量，则7有个离散的电压空间矢量。每个工作电压空间矢量在空间位置相差60°，矢量以逆时针顺序旋转，即顺序为→→→→→。其中六边形的中心是零电压矢量。对异步电机三相分析，将三维矢量转化为二维矢量，在这用Park变换。将异步电机三相定子坐标系的轴与Park矢量复平面的实轴重合，则三相物理量、、的Park矢量为：＝[++]（15）其中＝。由图2的接法，其输出电压空间矢量的Park矢量变换表达式为：＝[＋+]（16）异步电机动直接转矩控制基本原理、、分别是a、b、c三相定子负载绕组的相电压。依图3给出的、、并代入式（16）可以计算出从1～6各个状态输出的电压空间矢量。直接转矩控制是根据定子磁链，转矩的要求，从1～7状态中选出一个最佳控制矢量使电机运行在特定的状态。3磁链控制磁链控制的任务是识别磁链的运动轨迹的区段或位置，给出正确的磁链开关信号，以产生相应的电压空间矢量，控制六边形轨迹或圆形轨迹正确地旋转。3.1磁链轨迹的控制由式（4）可得：（17）如果忽略则式（17）可表示成（18）由式（18）可以看出电机定子磁链的运动方向是依方向进行的。当...
