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交流电机目前在变速驱动器中占主导地位,约占所有市场的 75%。本质上,由于没有机械换向器,直流电机和交流电机在可调速方面存在差异。
一般来说,交流电机驱动器可以不受限制地用于化学腐蚀性和挥发性环境中。
在四象限操作中实际上失去了在二象限应用中对直流电动机进行相当简单的电力电子控制的优势。
在变速驱动器中,交流电机卓越的扭矩密度、速度范围和耐用性是由更复杂的控制系统支付的。交流电机的节能宽速度范围控制可能仅通过频率和电压协调变化来执行。此外,对于高性能交流驱动器所需的快速转矩控制,必须执行定子电流的磁通电流和转矩电流虚拟分量的解耦控制。由于通量变化趋于缓慢,通量电流通常保持恒定。我们最终只有扭矩变化的扭矩电流变化,就像在具有单独励磁的直流电机中一样。
这种解耦的磁通和转矩电流控制称为矢量(或磁场定向)控制 [ 1 ]。交流驱动器中的矢量控制现已成为一项成熟的技术,具有相当大的市场。
可以通过电动机变量的其他非线性变换获得等效的转矩的快速且稳健的瞬态响应,以便再次获得解耦的磁通和转矩电流控制。这种称为反馈线性化控制或输入输出解耦控制 [ 2 ]的新型方法仍处于实验室阶段。
如果要确保转矩响应的快速性、鲁棒性和精度,矢量(或磁场定向)控制和反馈线性化控制往往需要大量的在线计算。
为了寻找一种能够保持高性能的更简单、更鲁棒的控制系统,直接转矩和磁通控制 (DTFC) 方法诞生了。感应电机的 DTFC 原理于 1985-1986 年引入 [ 3、4 ] ,并于 1988年推广到所有交流驱动器 [ 5 ]。到 1995 年,用于感应电机的 DTFC(作为 DTC)进入市场 [ 6 ],现在用于 2 kW 至 2 MW,控制器基本上在相同的硬件和使用相同的软件中实现。
正如预期的那样,DTFC 文献与日俱增,同时也在不断改进面向磁场的控制 [ 7–28 ]。
众所周知,交流驱动器是制造菜单驱动的,带有和不带有运动(位置或速度)传感器。为了缩短介绍,我们将直接处理那些缺少运动传感器的驱动器,因为带有运动传感器的驱动器是前者的特例。
首先,我们介绍感应和同步电机驱动的 DTFC 原理。进一步在感应、PM 同步、磁阻同步和大功率(电磁励磁)同步电机驱动的 DTFC 的实施上,都被分开处理。
介绍了基本和改进(添加了空间矢量调制)解决方案。数学推导保持在最低限度,同时广泛给出了概念、流量信号图和结果。
用于同步电机的 DTFC 实验室的高速发展表明其即将在工业中实施。
此外,DTFC 感应电机目前仅由少数几家制造商生产,鉴于这项新技术现已得到证实,它很可能会推广到多家制造商。预计在未来的高性能交流驱动器市场上,磁场定向控制和 DTFC 将成为势均力敌的竞争对手。
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