直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：直接转矩控制和矢量控制都是高性能的异步电动机调速控制方式，两者的特点如下：1）直接转矩控制通过逆变器开关直接控制定子磁链，从而控制电动机转速。直接转矩控制的逆变器开关由空间电压矢量控制，而空间电压矢量的选择直接由电动机转矩控制，从计算量来说，矢量控制较大。因此，从响应速度来说，直接转矩控制有一定优势。直接转矩控制系统和矢量控制系统性能比较见表5.5。

直接转矩控制和矢量控制都是高性能的异步电动机调速控制方式，两者的特点如下：

1）直接转矩控制通过逆变器开关直接控制定子磁链，从而控制电动机转速。矢量控制电动机同样由逆变器控制，但是通过计算定子电流的励磁分量和转矩分量后，经过PWM调制对逆变器开关进行控制。直接转矩控制的逆变器开关由空间电压矢量控制，而空间电压矢量的选择直接由电动机转矩控制，从计算量来说，矢量控制较大。

2）直接转矩控制的磁链调节器和转矩调节器都采用两点式调节器，若调节环宽就可以调节磁链和转矩控制精度。但是，环宽受逆变器开关频率和开关损耗的限制，滞环宽度大，磁链和转矩脉动较大，空间电压矢量的切换次数较少，逆变器开关频率和损耗较小；滞环宽度小，磁链和转矩脉动小，空间电压矢量切换频繁，逆变器开关频率高，开关损耗大。与直接转矩控制相比较，矢量控制中的调节器都使用PI调节器，PI调节器输出平滑连续，转矩脉动主要受PWM逆变器调制频率的影响，但是PI调节器的参数选择有一定难度。

3）直接转矩控制的转矩调节采用两点式调节器，当转矩误差超出一定范围时两点式调节器立即作出反应，改变开关状态，调节转矩，转矩的响应速度较快，一般在1～5ms。矢量控制使用电流和转矩的PI调节器控制，为保证调节的稳定性，其时间常数不能太小，在调节器输出变化后还需经过模型计算和2/3变换等环节，使相应的响应速度较慢。因此，从响应速度来说，直接转矩控制有一定优势。但是，转矩调节信号一般是转速调节器的输出，转速PI调节器输出不是突变信号，对于大多数调速系统要求过高的转矩响应速度意义不大，而且，过高的转矩响应还会带来转矩冲击问题，尤其对含齿轮的传动系统，易于产生机械损坏。

4）直接转矩控制的磁链观测在高速时采用电压模型法，只需要知道定子电阻，不受转子参数的影响。在低速时直接转矩控制的磁链观测需要采用电流模型，电流模型的依据是电动机在二相dq坐标系上的磁链方程，需要知道转子参数，这时和矢量控制的磁链观测对电动机参数的依赖是一样的。

5）一般变频器都存在谐波和高频噪声问题，直接转矩控制没有固定的开关频率，谐波变化较大，矢量控制采用固定的调制频率，谐波的变化小。噪声方面，普通PWM变频器是音量很小的高频声，直接转矩控制变频器噪声的音调和音量随转速变化，平均而言，噪声较普通PWM变频器稍大，音调则要低一些。

总的来说，矢量控制系统的稳态性能优于直接转矩控制系统，直接转矩控制系统的动态响应能力优于矢量控制，但是两者的区别不大，都是高性能的控制模式，就性能而论，各有千秋，其动、静态都能满足大多数应用的需要。直接转矩控制系统和矢量控制系统性能比较见表5.5。

表5.5 直接转矩控制系统和矢量控制系统性能比较

直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较

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