上个世纪,对于调速方案,直流调速因为它的简单性,并且直流调速能够拥有完全的解耦能力,即转速、转矩环可以独立控制,并且互不干扰,在许多地方都采取这种方法。可是直流调速系统存在着一个很致命的问题,那就是直流电机的有刷换向器制约了它的应用。交流电机结构较为简单,运行时安全稳定,器件寿命长,且不用时常进行更换与调试,维护相对而言十分简单,简单的构造,稳定的运行,以及换向器的低价格,使它成为工业中的新宠。但是每个金币都有两面,交流电机有优势,劣势也很明显,其控制能力不能与直流电机相媲美,倘若能够将其性能提升到直流电机的水平,那么这将对于电力传动领域造成十分重大的影响,又将是一场大。82283

在1970年左右,来自德国的菲利克斯布拉施克发表了一篇关于学术论文,名为《关于三相交流异步电动机矢量变换的磁场定向原理》。几乎在同一时间段,来自美利坚共和国的库斯特曼与克拉克两人共同申请了一份专利《关于异步电机定子电压坐标变换的控制》。那个时候的学术论文是以这几个点来进行参考的:首先作为一异步电机的模型是十分复杂的,它的不同变量存在着相互耦合,当一个量由于某些原因发生了改变,那么其他量也会因此同时受到影响,进而发生对应的改变。其次,直流电机控制的确十分简单便捷,但如何令交流电机也可以这样是科学家研究的目的所在。两国的科学家经过多年的学习与探索,对相关知识进行了深入探究,最终提出了一种方法:坐标变换理论的提出,效果极佳地除去了两个大难题,电机领域新的一页从而被翻开,也为许多科学家和学者提供了一个崭新的方向。在当时,科学并没有像现在一样发达,三相异步电机矢量控制大力地推广并运用还很难实施,主要原因一是:在那个年代,器件的运算能力并不能达到一定很高的水平,无法快速准确地解决问题;二是:矢量控制所需要的电力电子器件要求很高,当时的器件并不能满足快速性。由于当时科技的不发达与欠开发,在很大程度上把矢量控制发展的进程延后了许久。

随着时代的变迁,科技也日新月异地发展,矢量控制快速广泛受到开发与应用在20世纪80年代中叶,德国的潘布鲁克提出了一种直接转矩控制系统,这是一种高动态性能的交流变压变频调速系统,在它的转速环内部利用了转矩反馈来直接对电动机的电磁转矩Te实施控制,因此得名,在当时也造成了很大的影响。在当时这种控制方法和之前提出的矢量控制方法都是实际可操作的控制方法,十分成功。直接转矩控制和矢量控制在交流调速中都已获得实际应用,采用的是转矩(转速)和磁链来进行独立控制,这正是异步电机所需要的,但是两者在控制方法和性能上却有着很大的区别,如下:

在转矩控制方面,直接矢量控制系统是对定子磁链来进行闭环控制,而矢量控制系统是对转子磁链进行控制,既可以闭环也可以开环。对于电流的控制,直接转矩控制系统进行的是无闭环控制,而矢量控制采取的是闭环形式。对于转矩的控制,直接转矩控制进行的是双位式控制,需注意的是转矩有脉动,而直接矢量控制系统进行的是连续控制,比较平滑,波动较小。在坐标变换方面,直接转矩系统仅仅需要静止坐标变换就可以了,比较容易,而矢量控制系统则多涉及到了旋转坐标变换,相比之下,较为复杂,计算量更大。在磁链定向方面,直接转矩控制系统,需要知道定子磁链矢量的位置,但是不用精确定向,而矢量控制系统是按照转子磁链来进行定向的。此外,直接转矩系统调速范围不够宽,但是转矩动态响应时间较短,而矢量控制系统调速范围较为宽,但是转矩动态响应慢。这两种控制方法各有优势及劣势,如何充分利用,取其优势,剔其劣势,成为了当下研究的重中之重。论文网

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