[发明专利]异步电动机直接转矩控制装置及其方法

摘要

本发明提供的异步电动机直接转矩控制装置，包括高压异步电动机和高压矩阵变频器，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，移相隔离变压器具有3n个三相次级绕组，矩阵变换单元阵列由3n个矩阵变换功率单元排成3列×n行的阵列。矩阵变换功率单元采用Z源-矩阵变换功率单元。本发明还提供了直接转矩控制的方法，包括获取旋转矢量usα,usβ和isα,isβ的步骤，获取定子磁链ψsα,ψsβ和电磁转矩Te的步骤，获取电压状态信号SAN,SBN,SCN和对应的定子电压矢量的步骤和最终控制电动机的转速的步骤。其优点在于：提高了电压传输比和逆变的可靠性，工作安全、稳定，成本低，体积小，寿命长，其输入可双向控制，实现了方法简单、可靠的异步电动机直接转矩控制。

主权项

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uA,uB,uC和定子电流iA,iB,iC并进行3/2变换，获取在两相静止坐标系下的旋转矢量usα,usβ和isα,isβ；步骤2由旋转矢量usα,usβ和isα,isβ获取定子磁链ψsα,ψsβ和电磁转矩Te；步骤3对定子磁链ψsα,ψsβ采用2/3变换，获得在β坐标系上投影ψβA,ψβB,ψβC，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SAN,SBN,SCN，根据SAN,SBN,SCN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SAN,SBN,SCN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。