转矩调节电机磁链仿真结果

异步电动机的数学模型文中符号说明：

i1、i1、i2、i2 为定子、转子电流；U1、U2 为定子

电压；

s、s 为定子磁链；Te、TL 为电磁转矩、负载转矩；为转子电角速度；Rs、Rr 为定子、转

子电阻；

Ls、Lr、Lm 为定子自感、转子自感、定子转子互感；pn 为极对数；J 为机械转动惯量；

A=1/（LsLrLmLrm）；p 为微分算子。将异步电动机在静止的、坐标系下的电压转矩方程、磁
链方程和电磁转矩方程经适当变换，得异步电机数学模型

X7 分别代表 i1、i1、i2、i2、、s、s。电

机模型中包括了磁链和转矩计算单元。
　　控制器模型及控制系统构建限于篇幅，本文仅介绍主要控制单元的建立。（

1）三点式

转矩调节器传统的直接转矩控制对转矩实行离散地两点式调节（即一个滞环调节），采用
这种两点式转矩调节，当电机处于低速或需要大幅度调节时，会使零电压矢量所加的时间
较长。这样不仅使定子磁链产生严重畸变，远远偏离圆形轨迹，还会使电机的减速时间大大
延长，同时电磁转矩脉动很大。
　　本文采用的三点式转矩调节器，根据定子磁链反向旋转可以使转矩迅速减小的特点，
在转矩调节器中引入

P/N 调节器，控制定子磁链的反向旋转，如所示。两滞环同时调节，

P/N 调解器的输出与两点式的输出组成三种状态，如所示。可以加快转速调节过程。P/N 调解
器的容差大于两点式转矩控制器的容差，当电机平稳运行时，

P/N 调解器不参加控制，转

矩控制器按两点式控制方式调节输出转矩。当电机的给定值发生突变时，

P/N 调解器与两点

式控制器同时参加控制，

P/N 调解器从 1 态变成 0 态，TQ 也为 0 态的情况下，三点式转矩

调节器的输出

TS 为 1 态。

　　此时给出使定子磁链反向旋转的电压空间矢量，使得转矩以较大斜率下降。与两点式转
矩调节相比，三点式转矩调节器增加了

S=1 这一判断值。这样当电机低速运转或给定转速突

然降低时，不是加零电压矢量，而是加反方向的电压矢量，使定子磁链与转子磁链之间的
夹角迅速减小，使电磁转矩也迅速减小，提高了系统的动态响应时间，同时磁链幅值基本
保持不变，得到稳定的电磁转矩输出。
　　（

2）磁链幅值及磁链扇区判定利用 SIMULINK 中的 Real_ImagtoComplex 模块和

ComplextoMagnitude_Angle 模块可得到磁链幅值及相角，如所示。磁链幅值直接送入磁链调
节器（磁链调节器采用传统的两点式调节）与磁链给定值比较，得到磁链开关量

FS；根据

磁链的相角就可以判断出磁链所在的扇区，利用

SFUNCTION 完成此功能。

　　（

3）电压空间矢量选择综合电磁转矩开关量 TS、磁链开关量 FS 和磁链所在扇区，用

SFUNCTION 编写电压空间矢量表，优化选择所施加的电压矢量，实现对电机转速的快速
准确控制。
　 　 仿 真 结 果 对 一 台 鼠 笼 式 异 步 电 机 进 行 仿 真 ， 电 机 参 数 为
PN=3kW，IIN=6.9A，n=1450r/min，UN=380V，Rs=2.7，Rr=2.23，Lm=342.5mH，LS=642.
5mH，Lr=542.5mH，np=2，J=0.0085kgm2，np=2.给定负载转矩 10Nm，给定转速 250r/min.
仿真结果示。
　　磁链、转矩和转速波形由仿真结果可知，系统以最大转矩启动，在极短时间内，转速达
到给定值，转矩趋于稳定。系统在负载突然变化的情况下，动态响应良好。
　　结论既有零电压矢量参与减速又有反方向电压矢量参与快速减速的转矩三点式调节的
直接转矩控制系统，电机稳定运行时转速比较平稳，动态响应十分迅速，具有良好的动态
性能。在电机负载及给定速度突然变化的情况下，速度波动小，证明了

DTC 理论控制的系

统所独有的优越性能。