[发明专利]异步电动机直接转矩控制装置及其方法

权利要求书

1.一种异步电动机直接转矩控制装置，包括异步电动机，其特征在于：还包括高压矩阵 变频器，所述高压矩阵变频器包括移相隔离变压器、矩阵变换单元阵列和总控制器，其中：

所述移相隔离变压器具有3n个三相次级绕组，n为自然数，每3个次级绕组为一组且具有 相同的相位，次级绕组各组相位依次递增，初始相位为0°，相邻之间相位差为60/n度；三相 高压交流电通过所述移相隔离变压器以3的整倍数组输出，为所述矩阵变换单元阵列供电；

所述矩阵变换单元阵列包括3n个矩阵变换功率单元，排成3列×n行，所述移相隔离变压器 次级绕组各组分别与阵列的行对应，每组中的3个次级绕组分别与每行中的3个所述矩阵变换 功率单元一一对应相连，所述矩阵变换单元阵列中，每一列所述矩阵变换功率单元的功率输 出端依次串联，所述矩阵变换功率单元的三列输出采用Y接法形成三相交流电压输出；

所述矩阵变换功率单元为Z源-矩阵变换功率单元，其中前级整流器为3H桥结构，包括3 个桥臂，输入三相交流电压，输出两路直流电压，后级逆变器为2H桥结构，包括2个桥臂， 输入两路直流电压，输出单相交流电压，前级整流器与后级逆变器之间连接有Z源网络；所述 Z源网络为由第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1和第二电容C2组成的X型Z源网络，所述 第一电容C1的一端与所述第一电感L1的一端相连后作为Z源网络的第一输入端，所述第一电 感L1的另一端与所述第二电容C2的一端相连后作为Z源网络的第一输出端，所述第二电容C2 的另一端与所述第二电感L2的一端相连后作为Z源网络的第二输入端，所述第二电感L2的另 一端与所述第一电容C1的另一端相连后作为Z源网络的第二输出端，所述Z源网络的第一输入 端和第二输入端与整流级电路的输出端连接，Z源网络的第一输出端和第二输出端与逆变级电 路的输入端连接；

所述各矩阵变换功率单元分别与一分控制器相连，所述总控制器通过信号光纤与每个所 述矩阵变换单元和各个分控制器分别连接，所述总控制器执行直接转矩控制的步骤包括：

步骤1检测电动机定子电压u_A,u_B,u_C和定子电流i_A,i_B,i_C并进行3/2变换，获取在两相 静止坐标系下的旋转矢量u_sα,u_sβ和i_sα,i_sβ；

步骤2由旋转矢量u_sα,u_sβ和i_sα,i_sβ获取定子磁链ψ_sα,ψ_sβ和电磁转矩T_e；

步骤3对定子磁链ψ_sα,ψ_sβ采用2/3变换，获得在β坐标系上投影ψ_βA,ψ_βB,ψ_βC，经施密 特触发器得到磁链开关信号，并由磁链开关信号确定电压开关信 号，进而得到S_AN,S_BN,S_CN，根据S_AN,S_BN,S_CN控制变换器逆变级的开关动作得 到对应的定子电压矢量

步骤4通过控制与S_AN,S_BN,S_CN相对应的定子电压，使定子电压改变定子磁链和转子磁 链矢量之间的夹角θ，从而控制电动机转矩，最终控制电动机的转速。

2.根据权利要求1所述的异步电动机直接转矩控制装置，其特征在于：其中所述矩阵变 换功率单元还包括输入滤波器，所述输入滤波器由三只滤波电阻R1、R2、R3和三只滤波电容 C3、C4、C5构成，三只所述滤波电阻R1、R2、R3一端分别与矩阵变换功率单元的输入端相 连，三只所述滤波电阻R1、R2、R3的另一端分别与三只所述滤波电容C3、C4、C5的一端对 应串联，三只所述滤波电容C3、C4、C5的另一端相互连接。