专利名称：一种交流异步电动机直接转矩控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及交流调速传动控制技术领域，具体地，涉及一种交流异步电动机直接转矩控制装置。
技术背景 在交流调速传动控制技术领域，直接转矩控制(Direct Torque Control,简称DTC)技术，是在上个世纪80年代发展起来，它是继矢量控制技术之后，一种新型高性能的交流调速传动的控制技术。下表I列出了两种系统的特点与性能的比较。表I :肓接转矩控制系统和矢暈控制系统特点与性能比较
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mmm +够宽比较++ 与矢量控制系统相比，直接转矩控制系统不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。它以其简单明了的结构，转矩响应速度快，对参数变化鲁棒性强的优点，受到了广泛的关注。在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中，使用矢量控制系统对交流异步电动机M进行调速时，至少存在结构复杂、成本高、可靠性低和不方便实施等缺陷。
发明内容本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种交流异步电动机直接转矩控制装置，以实现结构简单、成本低、可靠性高和方便实施的优点。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种交流异步电动机直接转矩控制装置，包括依次连接的速度调节器、第一比较器、转矩给定控制器、转矩和磁通比较器、逆变单元、交流异步电动机M和观测器，以及依次连接至所述转矩和磁通比较器的第二比较器、以及磁通给定控制器；其中所述交流异步电动机M的另一输出端与速度调节器的第二输入端连接；速度调节器的第一输入端为速度给定输入端；观测器的另一输出端与第二比较器的第二输入端连接，第二比较器的第一输入端为磁通给定输入端；观测器的再一输出端与第一比较器的另一输入端连接，转矩给定控制器的另一输入端为转矩给定输入端；观测器的又一输出端与转矩和磁通比较器的再一输入端连接。 进一步地，所述逆变单元，包括依次连接的开关状态选择模块和逆变器。进一步地，所述逆变器，包括直流电源E，并联在所述直流电源E两极之间的三个逆变桥臂，以及用于控制所述三个逆变桥臂工作、且与三个逆变桥臂配合连接的PWM控制 器；在所述三个逆变桥臂中，每个逆变桥臂中上桥臂和下桥臂的公共端，与交流异步电动机M的三相交流电源输入端的相应相位连接。进一步地，在所述三个逆变桥臂中，每个桥臂包括互锁设置的上桥臂开关和下桥
臂开关。进一步地，所述观测器，包括转矩和磁通观测器。进一步地，所述转矩和磁通比较器，包括转矩比较模块和磁通比较模块；所述转矩比较模块和磁通比较模块，均采用滞环比较器。本实用新型各实施例的一种交流异步电动机直接转矩控制装置，由于包括依次配合连接的速度调节器、第一比较器、转矩给定控制器、转矩和磁通比较器、逆变单元、交流异步电动机M和观测器，以及依次配合连接至转矩和磁通比较器的第二比较器、以及磁通给定控制器；可以对交流异步电动机M进行直接转矩控制，电路结构简单，方便控制，易于实施，有利于推广实施；从而可以克服现有技术中结构复杂、成本高、可靠性低和不方便实施的缺陷，以实现结构简单、成本低、可靠性高和方便实施的优点。本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中图I为本实用新型一种交流异步电动机直接转矩控制装置的工作原理示意图；图2为本实用新型一种交流异步电动机直接转矩控制装置中逆变单元的工作原理示意图。结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下I-速度调节器；2_转矩给定控制器2 ;3_磁通给定控制器；4_转矩和磁通比较器；5-开关状态选择模块；6_逆变单元；7_交流异步电动机M ；8-转矩和磁通观测器。
具体实施方式
[0024]
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。根据本实用新型实施例，提供了一种交流异步电动机直接转矩控制装置。如图I和图2所示，本实施例包括依次连接的速度调节器I、第一比较器、转矩给定控制器2、转矩和磁通比较器4、逆变单元6、交流异步电动机M 7和观测器，以及依次连接至转矩和磁通比较器4的第二比较器、以及磁通给定控制器3 ;其中交流异步电动机M 7的另一输出端与速度调节器I的第二输入端连接；速度调节器I的第一输入端为速度给定输入端；观测器的另一输出端与第二比较器的第二输入端连接，第二比较器的第一输入端为磁通给定输入端；观测器的再一输出端与第一比较器的另一输入端连接，转矩给定控制器2的另一输入端为转矩给定输入端；观测器的又一输出端与转矩和磁通比较器4的再一输入端连接。这里，观测器，包括转矩和磁通观测器8。转矩和磁通比较器4，包括转矩比较模块和磁通比较模块；转矩比较模块和磁通比较模块，均采用滞环比较器。速度给定信号送入速度调节器I的速度给定输入端，速度调节器I连接转矩给定控制器2,转矩给定控制器2连·接转矩比较器，转矩比较器连接开关状态选择，开关状态选择连接逆变器，逆变器连接交流异步电动机M 7，交流异步电动机M 7连接转矩观测器，转矩观测器将转矩的实际值反馈回转矩给定控制器2 ;磁通给定信号送入磁通给定控制器3，磁通给定控制器3连接磁通比较器，磁通比较器连接开关状态选择模块5，开关状态选择模块5连接逆变器，逆变器连接交流异步电动机M 7，交流异步电动机M 7连接磁通观测器，磁通观测器将磁通的实际值反馈回磁通给定控制器3;交流异步电动机M 7接收逆变器的控制信号，将输出的信号分别送入转矩和磁通观测器8 (即转矩观测器和磁通观测器)与速度调节器I。在上述实施例中，逆变单元6，包括依次连接的开关状态选择模块5和逆变器；通过开关状态选择模块5，可以适当控制逆变器的开关状态选择，以达到控制电机转矩的目的。逆变器，包括直流电源E，并联在直流电源E两极之间的三个逆变桥臂，以及用于控制三个逆变桥臂工作、且与三个逆变桥臂配合连接的PWM控制器；在三个逆变桥臂中，每个逆变桥臂中上桥臂和下桥臂的公共端，与交流异步电动机M 7的三相交流电源输入端的相应相位连接。在三个逆变桥臂中，每个桥臂包括互锁设置的上桥臂开关和下桥臂开关。逆变单元6中逆变器的三个逆变桥臂，每个桥臂上存在互锁的两个开关Si (i=a, b，c)，适当控制逆变器的开关Sa，Sb，Sc (包括Sa、Sb、Sc的下桥臂非门)的状态，就能得到八个电压空间矢量，其中六个为工作电压空间矢量，另外两个为零矢量。通过正确的开关状态选择模块5的通断，即可达到控制交流异步电动机M 7的转矩。具体实施时，如图I及图2所示，在上述实施例的一种交流异步电动机直接转矩控制装置中，速度给定信号送入速度调节器I的速度给定输入端，速度调节器I连接转矩给定控制器2，同时将转矩给定参考值与负载转矩和磁通观测器8反馈过来的转矩实际值送入转矩给定控制器2，转矩给定控制器2将转矩给定参考值与转矩实际值送入转矩和磁通比较器4，转矩和磁通比较器4采用滞环比较器，滞环比较器将转矩给定的参考值信号与反馈过来的转矩实际值信号进行比较，再根据两者的偏差来形成PWM控制信号来控制逆变单元
6的开关状态选择，逆变器有三个逆变桥臂，每个桥臂上存在互锁的两个开关Si (i=a, b，c)，通过控制逆变器的这六种开关状态，以达到控制交流异步电动机M 7的转矩，交流异步电动机M 7再将信号送入转矩和磁通观测器8，转矩和磁通观测器8将转矩的实际值反馈回转矩给定控制器2，形成循环的闭环跟踪控制。磁通给定值与负载转矩和磁通观测器8反馈过来的磁通实际值送入磁通给定控制器3，磁通给定控制器3将磁通给定参考值与磁通实际值送入转矩和磁通比较器4，转矩和磁通比较器4采用滞环比较器，滞环比较器将磁通给定的参考值信号与反馈过来的磁通实际值信号进行比较，再根据两者的偏差来形成PWM控制信号来控制逆变单元6的开关状态选择模块5，逆变器有三个逆变桥臂，每个桥臂上存在互锁的两个开关Si (i=a, b，c)，通过控制逆变器的这六种开关状态，以达到控制交流异步电动机M 7的转矩，交流异步电动机M 7再将信号送入转矩和磁通观测器8，转矩和磁通观测器8将磁通的实际值反馈回磁通给定控制器3，形成循环的闭环跟踪控制。交流异步电动机M 7接收逆变器的控制信号，将输出的信号分别送入转矩和磁通观测器8与速度调节器I。 上述实施例的一种交流异步电动机直接转矩控制装置，至少具有如下优点⑴电路结构简单，方便控制，成本低，可靠性高，所需的外围电路也能得到很大的简化，系统成本降低，并具有很高的可靠性，可以在电动机的全数字控制中得到广泛的应用；⑵易于实施，投入不高，有利于推广实施。最后应说明的是以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种交流异步电动机直接转矩控制装置，其特征在于，包括依次连接的速度调节器、第一比较器、转矩给定控制器、转矩和磁通比较器、逆变单元、交流异步电动机M和观测器，以及依次连接至所述转矩和磁通比较器的第二比较器、以及磁通给定控制器；其中 所述交流异步电动机M的另一输出端与速度调节器的第二输入端连接；速度调节器的第一输入端为速度给定输入端；观测器的另一输出端与第二比较器的第二输入端连接，第二比较器的第一输入端为磁通给定输入端；观测器的再一输出端与第一比较器的另一输入端连接，转矩给定控制器的另一输入端为转矩给定输入端；观测器的又一输出端与转矩和磁通比较器的再一输入端连接。
2.根据权利要求I所述的一种交流异步电动机直接转矩控制装置，其特征在于，所述逆变单元，包括依次连接的开关状态选择模块和逆变器。
3.根据权利要求2所述的一种交流异步电动机直接转矩控制装置，其特征在于，所述逆变器，包括直流电源E，并联在所述直流电源E两极之间的三个逆变桥臂，以及用于控制 所述三个逆变桥臂工作、且与三个逆变桥臂配合连接的PWM控制器；在所述三个逆变桥臂中，每个逆变桥臂中上桥臂和下桥臂的公共端，与交流异步电动机M的三相交流电源输入端的相应相位连接。
4.根据权利要求3所述的一种交流异步电动机直接转矩控制装置，其特征在于，在所述三个逆变桥臂中，每个桥臂包括互锁设置的上桥臂开关和下桥臂开关。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种交流异步电动机直接转矩控制装置，其特征 于，所述观测器，包括转矩和磁通观测器。
6.根据权利要求I所述的一种交流异步电动机直接转矩控制装置，其特征在于，所述转矩和磁通比较器，包括转矩比较模块和磁通比较模块；所述转矩比较模块和磁通比较模块，均采用滞环比较器。
专利摘要本实用新型公开了一种交流异步电动机直接转矩控制装置，包括依次配合连接的速度调节器、第一比较器、转矩给定控制器、转矩和磁通比较器、逆变单元、交流异步电动机M和观测器，以及依次配合连接至转矩和磁通比较器的第二比较器、以及磁通给定控制器。本实用新型所述交流异步电动机直接转矩控制装置，可以克服现有技术中结构复杂、成本高、可靠性低和不方便实施等缺陷。
文档编号H02P27/06GK202772834SQ20122046560
公开日2013年3月6日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者戴伟, 郭亮, 陈芳, 何艳荣, 李保鹏 申请人:新疆希望电子有限公司