交流傳動電力機車直接轉矩控制策略實現(xiàn)

摘要：直接轉矩控制(DTC)是目前應用于交流傳動電力機車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基速范圍內，DTC的實現(xiàn)方式，通過Matlab／Simulink搭建了仿真模型，最后在基于TMS320VC33+TMS320LF2407A的雙DSP控制器逆變器實驗平臺上完成了硬件實驗，仿真和實驗結果驗證了控制策略的正確性。
關鍵詞：異步電機；直接轉矩控制；磁鏈軌跡；控制器

1 引言
對交流傳動電力機車這類變流器開關頻率較低而關斷電流較大的交流傳動控制系統(tǒng)而言，無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，在整個調速區(qū)段，定子磁鏈軌跡不可能一直保持為準圓形，都會從一定速度開始由異步調制向同步調制過渡，
以及在某個速度段內不同載波比的分段同步調制的過渡。異步調制利用較高的開關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定子電流畸變問題，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逆變器開關頻率和開關損耗，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和高速運行時直接自控制(DSC)方式組成，通過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，仿真和實驗驗證了該方案有效。

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

圖1首先利用觀測器估算(k-1)時刻靜止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，以及此時轉矩Te，對轉矩和磁鏈分別進行PI調節(jié)，那么轉矩PI將調節(jié)出轉矩動態(tài)增量△Xd，磁鏈PI將調節(jié)出磁鏈動態(tài)增量kψ，最后可得在此控制周期Ts結束時，希望定子磁鏈所在位置θref為當前磁通角度θ加上穩(wěn)定運行掃過角度△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，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：包含了下一時刻所希望得到的轉矩值與|ψs|信息，將進行空間矢量異步調制就可得到牽引逆變器的門極脈沖，從而控制電機。