专利名称：一种无刷双馈电机控制装置及其直接转矩控制方法
技术领域：
本发明涉及一种无刷双馈电机控制装置及其直接转矩控制方法，尤其是一种能在 功率绕组和控制绕组各自的静止坐标系下实现的无刷双馈电机控制装置及其直接转矩控 制方法。
背景技术：
无刷双馈电机是近几年发展起来的一种新型交流电机，其结构与笼型转子异步电 机相似，没有滑环碳刷，可以实现双馈运行——既可作为电动机运行于交流调速系统，也可 作为发电机运行于变速恒频风力发电系统，具有变频器容量小、功率因数可调的特点，特别 适合应用于风机和泵类调速节能系统以及变速恒频风力发电领域。直接转矩控制是继矢量控制之后出现的一种控制方法，这种控制方法避开了矢量 控制需要旋转坐标变换，特性易受电机参数影响的问题，在静止坐标系下实现转矩的直接 控制，具有简洁明了的系统结构，优良的静、动态性能，在异步电机变频调速系统得到成功 应用。该方法在无刷双馈电机中应用的关键是电磁转矩和磁链的准确观测。现有公开报道的文献中，无刷双馈电机直接转矩控制系统中所使用的电磁转矩的 观测方法有两种，方法之一是建立在转子速d_q坐标系数学模型的基础上，计算方法是由 公式(1)变换得到的公式(2)实现；方法之二是2010年西班牙学者在文献Direct torque control designand experimental evaluation for the brushless doubly fed machine 中提出的建立在控制绕组静止坐标系数学模型的基础上，计算方法如公式(8)。(1)转子速d-q坐标系电磁转矩的计算方法
权利要求
1.一种无刷双馈电机直接转矩控制装置，其含有PWM发生器(1)、逆变器( 、速度调节 器(3)、转矩滞环比较器G)、磁链位置角计算模块(5)、磁链滞环比较器(6)、磁链、转矩观 测器(7)、3/2变换器(8)、无刷双馈电机(9)和开关表模块(10)构成的装置，其中PWM发生 器(1)的六个输出端分别连逆变器O)的六个控制端，速度调节器(3)的输出连接转矩滞 环比较器的输入端，3/2变换器(8)的信号输出端与磁链、转矩观测器(7)的输入端相 连接，转矩滞环比较器G)、磁链位置角计算模块( 和磁链滞环比较器(6)的输出与开关 表模块(10)的输入端相连接，逆变器( 的输出与无刷双馈电机模块(9)的电压输入端相 连接，无刷双馈电机模块(9)输出通过码盘与速度调节器C3)的速度反馈相连接，其特征在 于所述的磁链、转矩观测器7中的转矩通过下式计算Te = Ρρ( @ρΨ αρ- αρΨ β ρ) +Pc ( @ c ^ α ο" α c ^ @ C)(13)其中叫|分别为功率绕组、控制绕组极对数，土。1)、土01)、土。。、土0。、￥。1)、￥01)、￥。。、￥0。 分别为功率绕组和控制绕组电流和磁链在功率绕组和控制绕组各自静止坐标系下的α β分量。
2.一种用于权利要求1所述的无刷双馈电机控制装置的转矩控制方法，该方法是基于 静止坐标系下笼型转子无刷双馈电机控制装置的直接转矩控制方法，其方法是按下述步骤 进行(1)在三相坐标系下观测控制绕组、功率绕组电压电流的A相和B相分量ua。、ubc,uap, ubp、ia。、ib。、iap、ibp，对上述物理量通过3/2变换器(8)进行三相/两相静止坐标变换，得控 制绕组和功率绕组各自静止坐标系下的电压和电流Ua。、U0。、uap、uep、ia。、ie。、iap、iep ；(2)通过磁链、转矩观测器(7)，根据公式(9)计算控制绕组和功率绕组磁链Ψα。、、Ψαρ>Vac =f (Uac-i a CRC) dt=/ (u0c-i0cRc) dt (9)Vap =f (uap-i a PRP) dtΨ@Ρ =f (u0p-i 0 PRP) dt式中民、Rp分别为控制绕组和功率绕组电阻(3)由步骤⑴和步骤(2)所得到的控制绕组和功率绕组电流和磁链的αβ分量ia。、 iec、iap、iep、Vae> Ψαρ> Ψ 0 p通过磁链、转矩观测器⑵计算转矩，计算公式如下Te = Ρρ( @ρψ αρ- αρψ β ρ) +Pc ( @ c ^ α ο" a c ^ @ C)(13)(4)由控制绕组磁链的αβ分量。和Ψ e。通过磁链位置角计算模块(5)得到磁链 位置角θ s来确定磁链所在扇区，转矩给定7；和转矩反馈Te通过转矩滞环比较器(4)得到 Δ T，控制绕组磁链给定Ψ g和磁链反馈Vs。通过磁链滞环比较器(6)得到Δ ψ ；(5)由上述步骤⑷得到的扇区号、ΔΤ和Δψ通过开关表模块(10)选择所需的电压 矢量，模块(10)中的开关表如下ATΔ ψS1S2S3S4S5S600001101100110OlOOil01101100110OlOOilOOl10010OilOOl10110011011110OlOOilOOl101100
全文摘要
一种无刷双馈电机控制装置及其直接转矩控制方法，其装置由无刷双馈电机以及磁链、转矩观测器等模块构成，其中转矩观测是在功率绕组和控制绕组各自的静止坐标系下计算；其方法是在三相坐标系下观测控制绕组、功率绕组电压电流并进行坐标变换，得到控制绕组和功率绕组各自静止坐标系下的电压电流；再计算控制绕组和功率绕组磁链以及转矩；后由控制绕组磁链确定磁链所在的扇区以及转矩给定和反馈、控制绕组磁链给定和反馈得到的转矩和磁链增量选择电压矢量。本发明可在功率绕组和控制绕组各自的静止坐标系下实现无刷双馈电机的转矩观测，避免了旋转坐标变换和由于转子角速度的测量误差所导致的观测结果不稳定。使控制系统结构简单，控制精度提高。
文档编号H02P27/06GK102055405SQ20101060757
公开日2011年5月11日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者周赞强, 张爱玲, 贾文霞 申请人:太原理工大学