交流傳動(dòng)電力機車(chē)直接轉矩控制策略實(shí)現

摘要：直接轉矩控制(DTC)是目前應用于交流傳動(dòng)電力機車(chē)異步牽引電機的控制策略。在此詳細介紹了異步牽引電機在機車(chē)基速范圍內，DTC的實(shí)現方式，通過(guò)Matlab／Simulink搭建了仿真模型，最后在基于TMS320VC33+TMS320LF2407A的雙DSP控制器逆變器實(shí)驗平臺上完成了硬件實(shí)驗，仿真和實(shí)驗結果驗證了控制策略的正確性。
關(guān)鍵詞：異步電機；直接轉矩控制；磁鏈軌跡；控制器

1 引言
對交流傳動(dòng)電力機車(chē)這類(lèi)變流器開(kāi)關(guān)頻率較低而關(guān)斷電流較大的交流傳動(dòng)控制系統而言，無(wú)論是使用矢量控制還是DTC策略，當它與空間矢量調制(SVPWM)策略結合時(shí)，在整個(gè)調速區段，定子磁鏈軌跡不可能一直保持為準圓形，都會(huì )從一定速度開(kāi)始由異步調制向同步調制過(guò)渡，
以及在某個(gè)速度段內不同載波比的分段同步調制的過(guò)渡。異步調制利用較高的開(kāi)關(guān)頻率使定子磁鏈最大限度地逼近圓形，從而減少低速運行時(shí)定子電流畸變問(wèn)題，分段同步調制使定子磁鏈軌跡轉為多邊形，降低了電機高速運行時(shí)逆變器開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)損耗，但分段同步調制算法較復雜。這里提出了一種適用于電力牽引的DTC方案，它由異步牽引電機低速運行的新型空間矢量異步調制DTC和高速運行時(shí)直接自控制(DSC)方式組成，通過(guò)速度閾值切換兩套策略，完成了對異步牽引電機的閉環(huán)控制，仿真和實(shí)驗驗證了該方案有效。

2 牽引電機的直接轉矩控制實(shí)現
2．1 低速異步空間矢量調制直接轉矩控制
電力機車(chē)在低速區段使用新型基于SVPWM的DTC技術(shù)，如圖1所示。

圖1首先利用觀(guān)測器估算(k-1)時(shí)刻靜止α，β坐標系下定子磁鏈幅值|ψs|及其α，β軸上的分量ψsα和ψsβ，以及此時(shí)轉矩Te，對轉矩和磁鏈分別進(jìn)行PI調節，那么轉矩PI將調節出轉矩動(dòng)態(tài)增量△Xd，磁鏈PI將調節出磁鏈動(dòng)態(tài)增量kψ，最后可得在此控制周期Ts結束時(shí)，希望定子磁鏈所在位置θref為當前磁通角度θ加上穩定運行掃過(guò)角度△Xσ以及△Xd，即：θref=θ+△Xσ+△Xd。
對于定子磁鏈幅值，設當前量為|ψs|，因此希望在Ts結束時(shí)，定子磁鏈幅值為|ψs|(1+kψ)，最后可確定預測的那么在Ts內定子磁鏈的增量△ψs=ψsref-ψs(k-1)。假如Ts足夠短，可認為有：包含了下一時(shí)刻所希望得到的轉矩值與|ψs|信息，將進(jìn)行空間矢量異步調制就可得到牽引逆變器的門(mén)極脈沖，從而控制電機。