新式电机的直接转动力矩扼制方案

控制系统设计与仿真根据前面的推导分析，由式（

12）可知，如果能估算出 Te 和

K2，那么控制绕组的给定电压就可以算出来，由此可以简单地得出其直接转矩控制。反馈
量

Xr 及 Hr 可以通过位置译码器得到，v 和 i 可以通过高速 A/D 转换后送给微处理器。这样

就由

Xr、Hr、v 和 i 可以得到当前的 Te（n）和 K2，在此基础上，根据式（4），由控制器的

开关周期

Ts 就能估算出 Te（n+1），并为控制矩阵提供相关参数。由 K2 和 K2

　　通过

PI 调节器可得到 K2。由 Xr、Xr、Te（n）、Te（n+1）及相关参数可得 Te。经过由式

（

12）所反映的控制矩阵的变换及 dq 轴坐标系到 abc 坐标系的变换，再通过变频器对控制

绕组进行控制，就能实现对无刷电机的直接转矩控制。
　　无刷双馈电机的直接转矩控制图是对一台额定功率为

4kW，3/1 极对数的无刷双馈电

机的仿真曲线图。（

a）是在电机启动后，在电机的控制频率为-16.7Hz（频率的正负与相序

有关）的转矩）转速仿真曲线，从该曲线可以看出，电机的转速与

fm= （ fp-fc ） /

（

Pp+Pc）<2>表达式基本一致，在控制频率为-50Pc/PpHz 下，无刷双馈电机有类似 2PP 极

感应电机的转矩）转速特性，这也说明无刷电机虽有同步电机的特性，但是其控制策略应
与同步电机有所不同；（

b）为电机在空载情况下，给定速度从 700800r/min 的瞬态变化图，

从图可以看出电机在约

0.4s 时间速度就可以稳定，相比标量控制下 15s 的动态响应时间

<3>，说明直接转矩控制下 BDFM 系统能够很好地动态响应；（c）是负载转矩从 0 变到
8Nm（约为额定转矩的 25%）情况下的转速动态变化过程，可以看出在约 0.6s 时间内电机
能重新回到希望的稳定状态。
　　无刷双馈电机的仿真曲线图

3 结语通过不同转速及转矩控制下电机转速变化的仿真研

究，证明了本文提出的计算方法和计算模型是正确的；动态控制频率

-16.7Hz 下的仿真试验，

揭示了在控制频率为

-50Pc/PpHz 下，无刷双馈

电机

有类似

2Pp 极感应电机的转矩）转速

特性；电机在给定速度或转矩变化的情况下，能快速反映，动态速度快，说明该种控制方
法有一定优点。所有仿真结果说明，按常规定子绕组布置方法设计的这种电机有大量的谐波；
由于

BDFM 的转矩和磁链跟可控的控制绕组和不可控的功率绕组都有关，在没有计算转矩

和磁链的确定值的基础上，用来产生转矩和磁链的电压矢量是不能明确获得的，传统的基
于转矩和磁链偏差的控制方法是无效的，对该类电机的控制方法的研究及控制器的开发还
任重道远，将来的工作需要对控制，由于转速颤动，

转子

中除了有

sf1 频率分量以外，还

会产生

3sf1 的频率分量，其幅值将随断条数目的增加而增加，因此可以通过检测转子电流

中

3sf1 分量来检测断条，但对于笼型转子得到转子电流信号比较困难，因而采用检测轴磁

通的方法。
　　对于一个在电磁结构上完全对称的理想电机而言是不存在轴向磁通的，但一个实际的
电机由于制造、加工、运行等多方面的原因，其电磁结构不可能完全对称，这样便有了轴磁
通。轴磁通中会出现定、转子上包含的所有谐波分量，并且会在套在轴上的线圈中感应出电
压。这样通过检测轴磁通信号中的三倍滑差频率分量的幅值，可以检测出断条故障及其严重
程度，轴磁通信号的测量很是方便。