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DTC控制简介
DTC的发展
直流电机
图1直流电机控制环
特点:
•磁场方向通过机械换向器来转换
•控制的变量为电枢电流以及励磁电流,速度反馈直接从电机测量
•直接控制转矩
在直流电机中,磁场由流经定子上励磁绕组的电流产生。该磁场与电枢绕组产生的磁场总是成直角。这种情况称为磁场定向,是产生最大转矩的条件。无论转子处在什么位置,电刷都会保证这种磁场稳定在这种状态。
一旦磁场定向完成,直流电机的转矩就能很容易通过改变电枢电流和保持磁化电流恒定来实现。
直流传动的优势在于,速度和转矩这两个对用户来说最主要的因素,可以直接通过电枢电流来控制:转矩控制为内环,速度控制为外环(见图1)。
优点
•精确快速的转矩控制
•高速的速度动态响应
•控制简单
最初,直流传动用于调速传动,是因为它可以很轻易的实现良好的转矩和高精度的速度响应。
直流电机可以产生转矩并具有如下特性:
•直接--电机的转矩与电枢电流成正比,因此可以直接精确的控制转矩。
•快速--转矩控制十分迅速;传动系统可以得到很高的速度动态响应。如果电机由理想的电流源反馈转矩可以立即改变,电压反馈的传动同样可以实现快速响应,因为它只和转子电气时间常数有关(例如电枢回路中总的电感与电抗)。
•简单--磁场方向通过换向器/电刷这一简单的机械结构来实现,所以不需要使用复杂的电子
控制电路,从而节约了控制电机的成本。
V/F控制
图2使用PWM频率控制的交流传动控制环
特点
•控制变量为电压和频率
•通过调速器来模拟交流正弦波
•磁通维持恒压频比
•开环控制
•负载决定转矩水平
与直流传动不同,交流传动频率控制技术使用的是电机的外部参数—即电压和频率—作为控制电机的变量。
电压和频率给定发送至调制器,为定子磁通提供近似的交流正弦波。这种技术被称为脉宽调制(PWM),是利用二极管整流桥为直流母线提供直流电压使之保持恒定的。逆变器通过脉宽调制脉冲序列改变电压和频率,由此来控制电机。
需要注意的是,这种方式不使用反馈设备测量电机转速和电机轴位置将其反馈到控制环。
这种没有反馈设备的控制方式,称为“开环控制”。
优点
•低成本
•不需要使用速度反馈装置–简单
由于没有反馈设备,该控制方式为交流感应电机提供了一种简单且低成本的解决方案。
这种类型的传动适用于对精度要求不高的场合,例如泵类和风机。
缺点
•未使用磁场定向
•忽略电机状态
•转矩不可控
•使用了延时调制器
这种技术,有时也称标量控制,没有使用电机的磁场定向。而是使用了频率和电压作为控制的主要变量提供给电机的定子绕组。忽略转子的状态意味着没有速度或位置信号的反馈。
因此转矩的精度是完全不可控的。此外,该技术使用的调制器从根本上减慢了输入的电压和频率信号与电机的实际要求之间的通讯。
矢量控制
图3使用PWM矢量控制的交流传动控制环
特点
•磁场-定向控制-模仿直流传动
•电机的电气特性是模拟的--“电机模型”
•闭环控制传动
•间接的转矩控制
为了模拟直流电机的磁场工作情况,即磁场定向过程,磁通矢量传动需要知道交流异步电机内部转子磁通的空间角位置。
对于PWM的矢量控制传动,通过电气方式获得磁场定向而不是直流电机式的通过机械换向器/电刷设备。
首先,转子的速