2010年2月第28卷第1期西北工业大学学报JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityFeb.Vol.282010No.1收稿日期:2008205206基金项目:国家自然科学基金(60875071与教育部高等学校博士点基金(200806990008资助作者简介:林海(1978-,西北工业大学博士研究生,主要从事电力电子及电气传动方向研究。无刷直流电机直接转矩控制系统分析林海1,严卫生1,杨颖2,林洋3,马雯31.西北工业大学航海学院,陕西西安710072;2.国家知识产权局专利审查协作中心,北京1001903.中国石油长庆油田公司第三采油厂,宁夏银川750004摘要:研究了无刷直流电机(BLDCM直接转矩控制(DTC策略。文章分析了无刷直流电机转矩特性,可以知道无刷直流电机的转矩可以通过转子磁链与定子电流之间的关系式估计得到,这不同于传统的永磁同步电机直接转矩控制的转矩估计方法。通过对二相导通方式下的无刷直流电机逆变器工作原理进行分析,得到了含有零矢量和不含零矢量的2个逆变器开关表以实现对转矩和磁链的控制。最后,在以上分析的基础上提出了2种新的无刷直流电机直接转矩控制数字实现方案,其中给出了2套不同的转矩和磁链估计方法。新策略能有效控制无刷直流电机稳定运行,相对于传统的脉宽调制策略,它具有更快速的转矩动态响应性能。仿真结果进一步验证了所提策略的正确性和有效性。关键词:无刷直流电机,直接转矩控制,定子磁链;开关表:TM351文献标识码:A:100022758(20100120091205无刷直流电机(brushlessDCmotor,BLDCM由于无机械式换向器、结构简单、运行可靠广泛应用在电力机车、飞行器和船舶推进等交流调速领域。为了提高BLDCM,减小系统转矩脉动较大的问题,相关研究人员进行了大量的研究。S.J.Kang[1]通过反电动势与电流的乘积获得估测的转矩,并利用转矩控制器减小系统转矩脉动。Z.Q.Zhu[2,3]等为了有效抑制转矩脉动而将直接转矩控制(DirectTorqueControl,DTC[4]策略引入BLDCM控制中,由研究结果可以看到:所提方案仍然具有对电机参数依赖性小、控制简单、转矩响应快和动态性能好等优点。虽然DTC在BLDCM控制应用中取得了优良的控制性能,但也存在着一些问题,比如定子磁链控制效果不理想,转矩估计公式计算复杂等[1,2]。因此,对BLDCM直接转矩控制策略仍需要进一步深入研究。本文研究了两相导通控制方式下的BLDCM直接转矩控制策略。通过分析BLDCM的转矩特性和转矩与磁链之间的关系入手,分别给出了2个逆变器开关表和2套转矩和磁链估计方案,并通过仿真实验进行验证。1无刷直流电机转矩特性对于BLDCM,转矩Te为[2]Te=32pdψrαdθeiα+dψrβdθeiβ(1式中,ψrα和ψrβ、iα和iβ分别为转子磁链和定子电流在静止坐标系αβ下的分量。电机转子磁链可以表示为定子磁链与电机电流的关系式ψrα=ψsα-Lsiαψrβ=ψsβ-Lsiβ(2转子磁链可以表示为转子位置的关系式ψrα=ψfcosθeψrβ=ψfsinθe(3式中,ψf为转子磁链幅值。电机定子磁链为ψsα=∫(usα-Riαdtψsβ=∫(usβ-Riβdt(4式中,ψsα和ψsβ为定子磁链静止坐标系αβ下的分西北工业大学学报第28卷量,R为电机定子电阻。定子磁链幅值为ψsα=ψ2sα+ψ2sβ(5定子磁链αβ坐标系下分量之间的夹角为θψ=atanψsβψsα(6由文献[4],对于永磁同步电机,其反电势为正弦波,定子和转子磁链空间轨迹均为圆形;由文献[1,2],BLDCM由于反电动势为梯形波,其定子磁链空间轨迹并非是圆形,在两相导通控制方式下,每个60°电角度里,定子磁链在旋转的同时,其幅值在磁链滞环控制器容差范围内逐渐增加,其空间轨迹呈现带6个尖角的不规则圆形。2BLDCM2DTC控制策略通常BLDCM主要通过六开关三相电压型逆变器供电,其简化模型如图1所示。图1六开关三相逆变器简化模型逆变器主要的空间电压矢量可定义为vs=23va+vbej23π+vcej43π式中va、vb和vc为三相定子绕组相电压,见图1,当逆变器连接到电机三相定子绕组时,va、vb和vc受到3个开关状态Sa、Sa和Sb影响,当Sa为1时,va连接到0.5Vdc,逆变器A相桥臂上管导通,下管断开;当Sa为0时,va连接到0,A相桥臂上下管都断开;当Sa为-1时,va连接到-0.5Vdc,A相桥臂上管断开,下管导通。vb和vc的分析与va相同。结合BLDCM常规的120°导通控制方式特性,可以得到BLDCM2DTC需要用的6个非零电...