一種圓形與六邊形直接轉矩控制的切換方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電機控制技術領域，特別是指一種圓形與六邊形直接轉矩控制的切換 方法。
【背景技術】
[0002] 直接轉矩控制是1985年德國魯爾大學Depenbrock教授提出的新型電機控制方 案，直接轉矩控制具有結構簡單、轉矩響應快和魯棒性強等優點。目前直接轉矩控制根據磁 鏈軌跡通常可分為六邊形磁鏈控制和圓形磁鏈控制。六邊形磁鏈控制表現為一個控制周期 內改變6次開關狀態，在大功率牽引中，能有效減少開關損耗，因此六邊形磁鏈控制在高速 狀態下，定子磁鏈模型能滿足比較精確的控制需求。圓形磁鏈控制表現為一個控制周期內 輸出的電壓矢量數很多，使得磁鏈軌跡盡量接近圓形，這種控制策略可以有效減少定子電 流諧波含量；但是開關器件的開關頻率過高，在大功率牽引領域中的應用受到限制。
[0003] 由于直接轉矩控制存在必然存在轉矩脈動，所以出現了以抑制轉矩脈動為目的的 分段式直接轉矩控制策略。具體為：在低速時采用圓形磁鏈控制，獲得較小的轉矩脈動；在 高速時采用六邊形磁鏈控制，減小開關次數，降低損耗。這種將兩種控制策略結合起來的 方法可以在全速范圍內獲得較好的輸出轉矩。由低速到高速的切換條件的判斷，目前較好 的策略是采用速度和磁鏈雙重判據，即速度達到給定值并且磁鏈也達到給定值時才進行切 換。但現有切換條件的判斷并不全面，無法保證在所有情況下都能成功切換，即可能出現切 換失敗的情況，而且切換過程中仍會出現較大的轉矩脈動。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，本發明的目的在于提出一種圓形與六邊形直接轉矩控制的切換方法， 既能完成圓形與六邊形直接轉矩控制的有效切換，而且進一步減小了切換過程中電機的轉 矩脈動。
[0005] 基于上述目的本發明提供的圓形與六邊形直接轉矩控制的切換方法包括：
[0006] 將電機當前的轉速與設定的切換轉速進行比較，判斷轉速是否滿足切換條件；若 不滿足則返回初始狀態重新判斷，若滿足則繼續判斷；
[0007] 通過電機定子三相電壓幅值和電流幅值，計算得到磁鏈幅值和磁鏈相角；通過磁 鏈相角對磁鏈扇區進行劃分，并且判斷所述磁鏈幅值和所述磁鏈相角是否滿足切換條件； 若至少有一個不滿足，則返回初始狀態重新判斷；若兩個都滿足則繼續判斷；
[0008] 通過磁鏈扇區分布以及當前的開關信號，判斷電壓矢量是否滿足切換條件；若不 滿足，則返回初始狀態重新判斷；若滿足則進行圓形磁鏈控制與六邊形磁鏈控制的切換，即 封鎖圓形磁鏈控制器，啟動六邊形磁鏈控制器。
[0009] 可選的，所述電機轉速的判斷方法為：
[0010] 當ω > 〇^時，表示滿足切換條件，
[0011] 其中ω為電機當前轉速，ωΝ為設定的切換轉速，由此根據不同的切換需求，選擇 合適的切換速度。
[0012] 可選的，所述電機轉速采用容差的方式進行判斷，具體判斷方法為：
[0013] 當ω > ωΝ+δ時，表示滿足切換條件，
[0014] 其中，δ為設定的容差轉速。
[0015] 可選的，所述切換速度為電機額定速度的30%。
[0016] 可選的，所述計算磁鏈幅值和磁鏈相角的方法具體為三相-兩相變換的方法，其 計算公式為：
t
[0021] 利用上述結果和定子電阻值計算得到α-β坐標系的定子磁鏈值。
[0024] 利用α - β坐標系的定子磁鏈值，計算得到磁鏈幅值和磁鏈相角。
[0027] 其中，UsaUsbUs。分別為定子三相電壓幅值，i s丄bis。分別為定子三相電流幅值， UsaUsfi分別為α-β坐標系的定子電壓幅值，isais{!分別為α-β坐標系的定子電流幅值， 札為定子電阻值，Φ sa 分別為α-β坐標系的a相和β相定子磁鏈值，φ 3為磁鏈幅 值，Θ ^為磁鏈相角。
[0028] 可選的，所述磁鏈扇區的劃分方法為：
[0029] 若0彡Θ ^sC π/3,定子磁鏈位于Tl扇區，即s = Tl ;
[0030] 若π /3彡Θ is< 2 π /3時，定子磁鏈位于T2扇區，即s = T2 ;
[0031] 若2 π /3彡Θ is< π時，定子磁鏈位于T3扇區，即s = T3 ;
[0032] 若：π彡Θ &< 4 π/3時，定子磁鏈位于T4扇區，即s = T4 ;
[0033] 若4 π /3彡Θ is< 5 π /3時，定子磁鏈位于Τ5扇區，即s = Τ5 ;
[0034] 若5 π /3彡Θ is< 2 π時，定子磁鏈位于T6扇區，即s = T6。
[0035] 可選的，所述磁鏈幅值的判斷方法為：
[0036] 當I I tltehl I彡I ε ^ I時，所述磁鏈幅值滿足切換條件；
[0037] 其中，Itswlteh為設定的切換磁鏈幅值，ε φ為磁鏈幅值容差。
[0038] 可選的，所述磁鏈相角的判斷方法為：
[0039] 當I Θ is- Θ isswiteh|彡I ε θ I時，所述磁鏈相角滿足切換條件；
[0040] 其中， θ &"teh為設定的切換磁鏈相角，
ε e為磁鏈相角容差。
[0041] 可選的，通過磁鏈扇區分布以及當前的開關信號gi，i = 1 2 3 4 5 6，gi = 1，表 示該開關管開通，gi = 〇表示該開關管關斷；判斷電壓矢量G(gl、g2、g3、g4、g5、g6)是否 滿足切換條件；判斷方法為：
[0042] 若s = T1，當G = (011001)時滿足電壓矢量切換條件；
[0043] 若s = T2,當G = (011010)時滿足電壓矢量切換條件；
[0044] 若s = T3,當G = (010110)時滿足電壓矢量切換條件；
[0045] 若s = T4,當G = (100110)時滿足電壓矢量切換條件；
[0046] 若s = T5,當G = (100101)時滿足電壓矢量切換條件；
[0047] 若s = T6,當G = (101001)時滿足電壓矢量切換條件。
[0048] 從上面所述可以看出，本發明提供的圓形與六邊形直接轉矩控制的切換方法不僅 能有效保證圓形磁鏈控制與六邊形磁鏈控制的順利切換，而且減小了速度和轉矩的脈動， 同時對定子電流波形的影響極小，也不會對器件耐壓和同流能力造成額外的負擔。
【附圖說明】
[0049] 圖1為本發明提供的圓形與六邊形直接轉矩控制的切換方法的流程圖；
[0050] 圖2為本發明提供的圓形與六邊形直接轉矩控制的切換方法的系統原理圖；
[0051] 圖3為本發明提供的圓形與六邊形直接轉矩控制的切換方法的磁鏈扇區的分布 示意圖。
【具體實施方式】
[0052] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0053] 參照圖1所示，為本發明提供的圓形與六邊形直接轉矩控制的切換方法的流程 圖。所述圓形與六邊形直接轉矩控制的切換方法，包括：
[0054] 將電機當前的轉速與設定的切換轉速進行比較，判斷轉速是否滿足切換條件；若 不滿足則返回初始狀態重新判斷，若滿足則繼續判斷；
[0055] 通過電機定子三相電壓幅值和電流幅值，計算得到磁鏈幅值和磁鏈相角；通過磁 鏈相角對磁鏈扇區進行劃分，并且判斷所述磁鏈幅值和所述磁鏈相角是否滿足切換條件； 若至少有一個不滿足，則返回初始狀態重新判斷；若兩個都滿足則繼續判斷；
[0056] 通過磁鏈扇區分布以及當前的開關信號，判斷電壓矢量是否滿足切換條件；若不 滿足，則返回初始狀態重新判斷；若滿足則進行圓形磁鏈控制與六邊形磁鏈控制的切換，即 封鎖圓形磁鏈控制器，啟動六邊形磁鏈控制器。
[0057] 所述磁鏈幅值和所述磁鏈相角的判斷順序可以相互調換，而且根據實際的切換狀 況，所述轉速、所述電壓矢量、所述磁鏈幅值和所述磁鏈相角均能相應調整，只需保證切換 時，所述轉速、所述電壓矢量、所述磁鏈幅值和所述磁鏈相角均滿足切換條件。
[0058] 由上述實施例可知，所述圓形與六邊形直接轉矩控制的切換方法通過控制切換時 的轉速大小、磁鏈幅值大小、磁鏈相角大小和圓形磁鏈控制器輸出的電壓矢量能夠既保證 磁鏈控制規則的順利切換又可以控制電機的轉矩脈動。
[0059] 在一些可選的實施例中，所述電機轉速的判斷方法為：當ω > ω N時，表示轉速滿 足切換條件，其中ω為電機當前轉速，ωΝ為設定的切換轉速。這樣，可以根據不同的切換 需求，選擇合適的切換速度，大大提高了所述圓形與六邊形直接轉矩控制的切換方法對不 同工況的適應性。
[0060] 優選的，所述切換速度為額定速度的30%，即當采集的電機轉速高于額定速度的 30%時，則轉速滿足切換條件。所述切換速度既能保證電機低速時通過圓形磁鏈控制具有 較小的轉矩脈動，又使得電機升速時可以及時切換到六邊形磁鏈控制，降低損耗。
[0061] 進一步，所述電機轉速采用容差的方式進行判斷，根據電機運行狀況設定合適的 容差轉速，具體判斷方法為：當ω > ωΝ+δ時，表示滿足切換條件，其中，δ為設定的容差 轉速。這樣，不僅能避免震蕩，而且所述轉速的判斷能夠保證當所述轉速滿足切換條件時， 在較短時間內所述轉速不會低于所述切換速度，保證了進行其余判斷時，轉速滿足切換條 件的有效性。
[0062] 優選的，所述容差轉速取值為5。
[0063] 參照圖2所示，為本發明提供的圓形與六邊形直接轉矩控制的切換方法的系統原 理圖，所述計算磁鏈幅值和磁鏈相角的方法具體為三相-兩相變換的方法，其計算公式為：
[0068] 利用上述結果和定子電阻值計算得到α-β坐標系的定子磁鏈值