矢量控制与直接转矩控制的比较说明
技术ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ范
三.两种控制方法的比较
转矩响应 采用DTC直接转矩控制的交流调速系统可以获得比矢量控制快的转矩响应,但DTC这种 快速的转矩响应是有条件的,如果在额定电压条件下,特别是弱磁运行区,电压将没有 过冲的余度空间。此外,大型的交流传动必须对电机电流加以限制,这样DTC的转矩响 应就不会达到1~2ms那么高的指标水平。 DTC的转矩响应还取决于PWM的开关频率,即砰-砰控制的频率。对于采用GTO或IGCT 元件的大型PWM变频器来讲,高的开关频率将导致变频器的损耗加大,效率降低,故变 频器的脉宽调制开关频率不能太高。砰-砰控制频率的降低会影响DTC的转矩响应指标。 由于DTC砰-砰控制使其输出电压有较大的du/dt,故DTC变频器输出都加装滤波器,以减 少du/dt对电机绝缘的影响,而滤波器增加了线路电感,在减少了du/dt同时,也降低了转 矩响应。
一. 矢量控制理论简介
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量,根据磁 场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制,从而达到控 制异步电动机转矩的目的。 具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流) 和 产生转矩的电流分量(转矩电流) 分别加以控制,并同时控制两分量间的幅值 和相位,即控制定子电流矢量,所以称这种控制方式称为矢量控制方式。 采 用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配,而 且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被 控异步电动机的参数,有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机 的参数,有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。目前新型矢量控制 通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能, 带有 这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电 动机的参数进行辨识,并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数,从而对 普通的异步电动机进行有效的矢量控制。 矢量控制算法已被广泛地应用在Schneider ,siemens ,AB,GE,Fuji 等国际 化大公司变频器上
二. 直接转矩控制简介:
在80 年代中期,德国学者Depenbrock 教授于1985 年提出直接转矩控制,其思路是 把电机和逆 变器看成一个整体,采用空间电压矢量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算, 通过跟踪型 PWM逆变器的开关状态直接控制转矩。因此,无需对定子电流进行解耦,免去矢量 变换的复杂 计算,控制结构简单。 直接转矩控制技术,是利用空间矢量、定子磁场定向的分析方法,直接在定子坐标 系下分析异步 电动机的数学模型,计算与控制异步电动机的磁链和转矩,采用离散的两点式调节 器(Band— Band 控制),把转矩检测值与转矩给定值作比较,使转矩波动限制在一定的容差范 围内,容差 的大小由频率调节器来控制,并产生PWM脉宽调制信号,直接对逆变器的开关状态 进行控制, 以获得高动态性能的转矩输出。 目前,市场上销售的低压标准变频产品中,ABB ACS800采用此技术。
技术规范
三.两种控制方法的比较
变频器的稳态特性 DTC变频器采用砰-砰控制带来较好的转矩响应,同时由于其开关频率 是不确定,随机变化的,使DTC变频器存在以下问题。 无法象矢量控制那样,在确定的开关频率条件下,采用消除谐波的 PWM控制方法 · 变频器输出电压,电流的谐波较大 · 变频器输出电压偏低 · 变频器效率略低 · 在相同电力电子元器件条件下,变频器输出容量略小
技术规范
四、容易混淆的概念:直接转矩控制技术和转矩控制功能
直接转矩控制DTC 和矢量控制是变频器的两种不同的算法。在Schneider 变频器中,ATV71 有转矩控制功能。它是矢量控制算法中的一个控制功能 而已,即ATV71 变频器不仅可以控制电机的转速,也可以通过电机转矩设 定值来控制电机的转矩。请不要与DTC 直接转矩控制算法相混淆。同时, 在某些产品的市场宣传中,把DTC变频器无速度传感器控制,在零速时满 负荷输出作为DTC技术的专有特点,显然是不对的。 DTC与VC采用同样的交流电机数学模型,无速度传感器控制不是DTC发明 专利中的内容。
矢量控制与直接转矩控制技术区别修订稿
矢量控制与直接转矩控制技术区别WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-矢量控制与直接转矩控制技术矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量,根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制,从而达到控制异步电动机转矩的目的。
具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制,并同时控制两分量间的幅值和相位,即控制定子电流矢量,所以称这种控制方式称为矢量控制方式。
矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。
这样就可以将一台三相异步电机(同步电机是指转子定子同时通电,异步机就是电机的转子转动速度与定子所产生的旋转磁场的旋转速度不一样,有转差值,顾名思义,同步机则不存在转差)等效为直流电机来控制,因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。
基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行U / f =恒定控制的基础上,通过检测异步电动机的实际速度n,并得到对应的控制频率f,然后根据希望得到的转矩,分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位,对通用变频器的输出频率f进行控制的。
基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是,可以消除动态过程中转矩电流的波动,从而提高了通用变频器的动态性能。
早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。
无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。
实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置,要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的,但人们发现,即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置,也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量,并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。
它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数,按照转矩计算公式分别对作为基本控制量的励磁电流(或者磁通)和转矩电流进行检测,并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流(或者磁通)和转矩电流的指令值和检测值达到一致,并输出转矩,从而实现矢量控制。
交流传动中矢量控制技术(SLVCVC)与直接转矩控制技术(DTC)的比较
应用内容的比较2:MM440的SLVC控制,在50Hz范围以内的调速精度(设定转速与实际转速的误差精度)基本可以,能够达到0.2%以内,随着转速的升高(进入弱磁升速以后)设定的转速与实际的转速开始产生误差,在9000RPM时(150Hz)实际转速与给定转速的误差竟超过了100转。1%以上。太惨了。已经没有控制精度可言了。最可气的是,MM440自己的转速显示与设定值丝毫不差。仍显示9000RPM,我是采用另外一套转速检测装置校验出来的!MM440一直在“欺骗”着使用者呢!与之比较,ACS-800的DTC控制在全转速范围内的控制精度始终可以保持在0.2%以内。在15000RPM时,实际转速与设定转速仅差2转!也是采用另外一套转速检测装置校验的。
那么这两个品牌的性能比较,比的是什么呢?比的就是SLVC和无转速传感器的DTC两种控制方式的特性。不过,这回领略的是DTC控制的高精度转速调节性能的爽!SLVC的差距就太大了。(注:DTC控制叫直接转矩控制;SLVC控制叫无转速传感器反馈的矢量控制)
应用内容的比较1:采用国产的定制调频电机。MM440采用SLVC方式控制一台3KW电机,同步转速3000RPM,最高转速9000RPM,(注:MM440的SLVC方式所能控制的最高极限转速是12000RPM.)ACS-800采用DTC方式控制一台3KW电机,同步转速5300RPM,最高转速15000RPM。(注:ACS-800的DTC方式,所能控制的最高极限转速是18000RPM)由此结论,MM440的SLVC的极限频率是200Hz,而ACS-800的DTC的极限频率是300Hz。这就是两种控制方式的调速范围的差距。
变频器的应用]交流传动中矢量控制技术(SLVC/VC)Байду номын сангаас直接转矩控制技术(DTC)的比较
矢量控制(VC)和直接转矩控制(DTC)区别
⽮量控制(VC)和直接转矩控制(DTC)区别摘要:本⽂对⽬前交流电机变频调速控制系统流⾏的⽮量控制(VC)和直接转矩控制(DTC)的发展历史与现状,并对两者转矩响应,稳态特性,及⽆速度传感器控制进⾏了⽐较与探讨。
关键词:⽮量控制,直接转矩控制,转矩响应,稳态特性,⽆速度传感器控制1.前⾔转载于⾃1971年德国西门⼦公司F.Blaschke发明了基于交流电机坐标交换的交流电机⽮量控制(以下简称VC)原理以来,交流电机⽮量控制得到了⼴泛地应⽤。
经过30年的产品开发和⼯程实践,⽮量控制原理⽇趋完善,⼤⼤⼩⼩的交流电机变频调速控制系统⼤多采⽤⽮量控制,使交流电机调速达到并超过传统的直流电机调速性能。
1985年德国鲁尔⼤学M.Depenbrock教授提出了不同于坐标变换⽮量控制的另外⼀种交流电机调速控制原理——直接转矩控制(以下简称DTC),鲁尔⼤学的教授曾多次在国际学术会议并到中国来介绍DTC技术,引起了学术界极⼤的兴趣和关注。
DTC原理具有不同于VC 的鲜明特点:·不需要旋转坐标变换,有静⽌坐标系上控制转矩和磁链·采⽤砰-砰控制·DTC与脉宽调制PWM技术并⽤·转矩响应快·应⽤于GTO电压型变频器的机车牵引传动DTC的出现引起交流电机控制理论的研究热潮,国内不少⾼校对DTC技术及系统进⾏深⼊研究,不少⽂章提出⼀些有益的改进⽅法,对DTC理论与实践作出贡献。
但应该指出,DTC 引⼊中国的初期,⼈们的视⾓多集中在DTC的不⽤旋转变换和砰-砰控制上。
随着计算机技术的飞速发展,VC的旋转坐标变换的技术实现已不成为问题,⽽由于DTC技术应⽤实例局限于GTO电压型变频器的机车牵引传动,使得国内学术界和变频器制造商没有条件对实⽤的DTC技术以及DTC变频器的静态和动态特性进⾏深⼊研究。
1995年瑞⼠ABB公司第⼀次将DTC技术应⽤到通⽤变频器上,推出采⽤DTC技术的IGBT 脉宽调制变频器ACS600,随后⼜将DTC技术应⽤于IGCT三电平⾼压变频器ACS1000,近期推出的⽤于⼤型轧钢,船舶推进的IGCT变频器ACS6000也采⽤了DTC直接转矩控制技术。
7-DTC与矢量控制
DTC与矢量控制大家好!下面我们简单的介绍一下矢量控制算法(VC)与直接转矩控制(DTC)算法这两种控制方案的优缺点。
一. 矢量控制理论简介:70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量,根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制,从而达到控制异步电动机转矩的目的。
具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制,并同时控制两分量间的幅值和相位,即控制定子电流矢量,所以称这种控制方式称为矢量控制方式。
矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。
这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制,因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。
矢量控制算法已被广泛地应用在siemens,AB,GE,Fuji等国际化大公司变频器上。
采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配,而且可以控制异步电动机产生的转矩。
由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数,有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数,有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。
目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能,带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识,并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数,从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。
二. 直接转矩控制简介:在80年代中期,德国学者Depenbrock教授于1985年提出直接转矩控制,其思路是把电机和逆变器看成一个整体,采用空间电压矢量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算,通过跟踪型PWM逆变器的开关状态直接控制转矩。
直接转矩控制与矢量控制的区别
直接转矩控制与矢量控制的区别简单地说,直接转矩控制与矢量控制的主要区别如下:1.控制特点矢量控制以转子磁通的空间矢量为定向(基准)。
为此,在控制过程中:(1)需要电动机的参数多,定向准确度受参数变化的影响较大:(2)要进行复杂的等效变换(直一交变换、2/3变换等),调节过程需要若干个开关周期才能完成,故响应时间较长,大于100ms。
而直接转矩控制以定子电压的空间矢量为定向(基准)。
为此,在控制过程中:(1)只需要电动机的定子电阻一个参数,既易于测量,定向准确度也高;(2)不必进行等效变换,故动态响应快,只需1~5m;(3)容易实现无速度传感器控制。
2.脉宽调制矢量控制采用正弦脉宽调制( SPWM)方式,故:(1)必须有SPWM发生器,结构复杂;(2)输出电流的谐波分量较小,冲击电流小;(3)载波频率是固定的,电磁噪声小。
直接转矩控制不采用正弦脉宽调制( SPWM)方式,而采用“砰-砰”控制(双位控制)方式,逆变电路的开关状态(是否有电压输出)取决于实测转矩信号TS*与给定转矩信号TG*之间进行比较的结果:TS*>TG*→逆变电路有电压输出;TS*<TG*→逆变电路无电压输出。
因此:(1)不需要PWM发生器,故结构简单,且转矩响应快;(2)输出电流的谐波分量较大,冲击电流也较大,逆变器输出端常常需要接入输出滤波器或输出电抗器,但这又将导致输出电压偏低;(3)逆变电路的开关频率不固定,电动机的电磁噪声较大。
根据清华大学反复实验以及用户使用后的反馈信息来看,直接转矩控制和矢量控制是各有优缺点的。
除了上面所述的比较外,一般说来,直接转矩控制在高频运行和低频运行时的实际性能都不如矢量控制。
目前,两种控制方式正在互相渗透。
例如,有的变频器在矢量控制方式中加入转矩控制功能;而采用直接转矩控制方式的变频器在低频段也正在借助矢量控制的方法来改善其低频运行特性。
异步电动机矢量控制_FOC_和直接转矩控制_DTC_方案的比较
异步电动机矢量控制_FOC_和直接转矩控制_DTC_方案的比较首先,我们来看看FOC方案。
FOC方案是基于电机矢量控制理论而发展起来的一种控制方法,在控制异步电动机时,可以通过精确测量和控制转子磁链矢量的方向和大小,来实现精确控制电机的转矩和转速。
其核心思想是将电动机的三相定子电流进行矢量拆分,分为一个磁场矢量和一个转矩矢量,从而实现转子磁链方向和大小的控制。
FOC方案的优点是控制精度高,响应速度快。
由于可以实时测量和控制电机的磁链矢量,FOC方案可以精确控制电机的转矩和转速。
此外,由于转子磁链矢量可以根据需要即时调整,FOC方案可以快速响应转矩和速度的变化,从而适用于需要快速响应和精确控制的应用。
然而,FOC方案也存在一些缺点。
首先,FOC方案的实现较为复杂,需要进行电流和电压的矢量控制,以及相应的转子定位和速度估算算法。
这些复杂的控制算法在实践中需要较高的计算能力和较多的计算资源,因此实现起来较为困难。
其次,FOC方案对于电机参数和系统模型的准确性要求较高。
由于FOC方案需要测量和控制转子磁链矢量,因此对电机参数和系统模型的准确性要求较高,如果参数不准确,将导致控制性能下降。
接下来,我们来看看DTC方案。
DTC方案是一种基于直接转矩控制原理的控制方法,其核心思想是通过采用转矩和磁链两个控制变量直接控制电机的转矩和速度。
DTC方案通过测量和计算磁链和转矩的误差,根据预定的控制规则直接调节电机的电压和频率,以实现对电机转矩和速度的控制。
DTC方案的优点是实现简单,控制快速。
DTC方案不需要进行电流和电压的矢量控制,只需要测量和控制磁链和转矩的误差,因此实现起来相对简单。
此外,DTC方案由于直接控制电机的电压和频率,可以快速响应转矩和速度的变化,适用于需要快速相应和简单控制的应用。
然而,DTC方案也存在一些缺点。
首先,DTC方案的动态性能较差。
由于DTC方案是基于磁链和转矩误差进行控制的,其控制性能受到不可避免的误差和延迟的影响,因此其动态性能较差,不能达到FOC方案的精确度和响应速度。
交流异步电机变频调速系统矢量控制与直接转矩控制算法比较
3 直接 转 矩 控 制
直接转矩 控制 是 1 9 8 5年 由德 国鲁 尔 大 学 M. D e .
由于矢量变换控制将一台三相感应电机等效为一台直 流 电机来 控 制 , 因而获 得 了与直 流 电机调 速 系统 同样 优 良的静态 、 动态性能 , 开创了交流调速与直流调速竞 争 的时代 。 虽 然矢 量变换 控制 在磁 场定 向坐标 系统 中实现 了
p e n b r o c k教授 首先 提 出的转矩 直接 自控 制 ( D i r e k t e S e l b s t R e g e l u n g ) 思想 , 随后 日本 学 者 I . T a k a h a s h i 等也 提 出了类似 的控制 思想 。直接 自控 制 的基 本思想 是根 据交流电机转矩的需要 , 直接选择合适的定子电压空 间矢量 , 实现 交流 电机 电磁 转 矩 的快 速 响 应 。基 于这
( B o h a i E q u i p m e n t L i a o h e H e a v y I n d u s t r y L i m i t e d C o m p a n y E l e c t r i c C o mp a n y , P a n j i n 1 2 4 0 1 0 C h i n a )
《 电气开关》 ( 2 0 1 3 . N o . 4)
矢量控制与直接转矩控制之我见
矢量控制与直接转矩控制之我见My Opinion on Vector Control and Direct Torque Control艾默生网络能源有限公司变频器开发部 刘宏鑫MDI R&D Department of Emerson Network Power Co.,LTD Liu Hong Xin 摘要:本文阐述采用矢量控制与直接转矩控制技术的变频器性能的优劣,提出了两种技术的发展方向。
关键词:矢量控制 直接转矩控制 变频器Abstract: The merits and demerits of inverter using VC and DTC are discussed in detail. The trend of VC and DTC is presented in this paper.Keywords:Vector Control Direct Torque Control Inverter一、矢量控制与直接转矩控制技术发展自从70年代初期西德Blaschke等人首先提出矢量控制(Vector Control,简称VC)理论,到80年代中期德国人M.depenbrock等人首先提出直接转矩控制理论(Direct Torque Control,简称DTC)以来,全世界各地的高校、科研机构、各大变频器公司投入巨大资金和精力来研究,高性能交流变频调速技术如雨后春笋般的涌现出来。
由于矢量控制与直接转矩控制技术均是基于异步电机的动态模型,而且均采用外环为速度环,内环为转矩和磁链控制,从而实现转速和磁链的近似解耦,获得了较好的动态性能[1]。
矢量控制的研究重点在于矢量控制环路的结构、无速度传感器速度辨识和电机参数的离线和在线辨识。
DTC的重点在于无速度传感器速度辨识、磁链和转矩自控制、脉冲优化选择器等方面。
两者的目的在于提高系统转矩控制动态响应、稳态速度精度(速度辨识的精度、转矩脉动大小、冷态热态情况下的自适应能力)、系统的鲁棒性。
永磁同步电机矢量控制与直接转矩控制比较研究
电机 直 接 转 矩 控 制 的控 制 特 性 。实 验 结 果 表 明矢 量 控 制 S W M 控 制下 电 流 波 形 平 滑 , 变 器 开 关 频 率 恒 定 , P 逆 但 需 要 直 流 母 线 电压 信 息 以及 3 P 调 节 器实 现 , 环 电 流 控 制 实 现 电流 脉 动 较 大 , 关 频 率 不 恒 定 , 无 个 I 滞 开 但
( c o l f Auo t n, rh s Po y eh ia iest Xia 1 0 2, h a x ,Ch n S h o tma i No twet l tc nc lUn v ri o o y, ’ n 7 0 7 S a n i ia)
Ab t a t T h e t o r sr c : e v c orc ntol(VC ) w hih w ih he SPW M ola m e h c t t v tge t od or hyse e i ur e t m e ho t r ss c r n t d a d t ie t or e o r (DTC ) a e n he d r c t qu c ntol r wi e y s d O o r l he d l u e t c nt o t pe m a n m a ne s nc on r ne t g t y hr ous ot r m o
第七章 矢量控制与直接转矩控制.
电压矢量优化开关表
、、Sn
1 2 3 4 5 6
=0 =-1 U6(110) U5(101) U4(100) U3(011) U2(010) U1(001) = 0 U7(111) U7(111) =+1 U5(101) U3(011) =1 =-1 U2(010) U4(100) = 0 U0(000) U0(000) =+1 U1(001) U2(010)
s
*
Udc
-
(n)
s
Te
Es β
优 电 化 压 开 矢 关 量 表
PW M 控 制
逆变器 a b c
转矩观测 Te Ψ×i is α is β Rs Rs + +
+ Te * 2
ia 3 ib ua ub 3 uc M 3~ - r
*
us α us β 2
速度调节器 +
α U4(100) 旋转方向 ψs is β θ 0 ψr (010)U6 U1(011) U2(001) (110)U5 U3(101)
τ 1
0
1
φ 1
eT
e
eT
0
e
Te
*
+ Te
s
*
+ s
电压的2/3变换
电流的3/2变换
电磁转矩的计算
定子磁链的计算
磁链跟踪控制波形
转矩跟踪控制波形
DTC变频调速系统仿真波形
7.2 交流电机的矢量控制技术
• 交流电机的矢量控制技术是一门可使交流电动 机获得和直流电动机一样的高性能的调速指标。 • 矢量变换控制是70年代西德Blaschke等人首先 提出来的。 • 矢量控制的基本思想是把交流电动机模拟成直 流电动机,能象直流电动机一样进行控制。
