直接转矩控制：从理论到实践

“直接转矩控制技术的产生-交流电机直接转矩控制发展概况” 交流电机在现代工业中占据着核心地位，其应用广泛的原因在于其结构简洁、制造便捷、成本低、耐用性强、运行可靠、易于维护，同时对环境的要求相对较低，并且具有良好的节能效果。在电气传动领域，交流电机占据了大约80%的份额。随着科技的进步，交流电机的调速技术也在不断发展。 60年代，速度开环压频比控制（如VVVF和PWM控制）开始出现，包括正弦PWM、优化PWM和随机PWM等。这些技术虽然提高了调速性能，但它们主要基于稳态等效电路和转矩公式，仅在静态条件下保持恒定磁通，对于需要快速响应的场合并不适用。 70年代，矢量控制（磁场定向控制）应运而生，它通过坐标变换使交流电机在某种程度上等效于直流电机，实现了电流励磁分量与转矩分量的解耦。然而，这种方法依赖于精确的电机模型，容易受到电机参数的影响，而且计算复杂，系统结构较为繁琐。 80年代，直接转矩控制（DTC）由德国鲁尔大学的Depenbrock教授提出，标志着交流电机控制技术的一次重大飞跃。DTC的优势在于它在定子坐标系下直接分析电机模型，无需复杂的坐标变换，简化了系统结构，减少了运算时间。此外，DTC对逆变器的开关管进行直接控制，生成PWM电压输出，不需要额外的PWM调制器。这种技术对参数的敏感性较低，只需要知道定子电阻，而这个参数可以通过测量得到。DTC的重点是直接控制转矩，不追求电流波形的完美正弦，而是注重控制效率。 直接转矩控制的基本原理涉及交流电机的数学模型，包括异步电机的空间矢量等效电路，以及电压型理想逆变器的工作原理。在电压型理想逆变器中，通过8种不同的开关组合状态，可以改变电机的电压和电流，从而控制电机的转矩和磁链。 直接转矩控制技术克服了早期交流调速技术的局限性，提供了更高效、快速的电机控制方法，尤其适合于需要瞬时转矩响应和高动态性能的工业应用。随着技术的进一步发展和完善，直接转矩控制在未来的电力驱动系统中将继续发挥重要作用。