Abstract
A novel direct torque and flux control strategy is proposed for matrix converter (MC)-based permanent-magnet synchronous motor (PMSM) drive systems. The proposed method allows the use of all MC switching states including the rotation vectors, and effectively controls input and output variables of the MC. Mapping relationships between MC output voltage vectors and change rates of motor torque and flux, and those between MC input current vectors and change rates of grid reactive charge are derived. Then, four enhanced switching tables are established by means of discretizing and averaging, in which changes of torque, flux and input reactive charge corresponding to all MC switching states can be shown explicitly. Based on the tables, an optimal selection of switching states can be achieved by the proposed method. Numerical simulations and experiments with a prototype are carried out. The results show good performance of the proposed method with small torque and flux ripples, low distortion input currents, and fast dynamic response
چکیده
یک نیروی گشتاور مستقیم جدید و استراتژی کنترل جریان برای تبدیل ماتریس (MC) بر پایه سیستم های محرک موتورهای همزمان (PMSM)، پیشنهاد شده است. روش پیشنهاد شده استفاده از تمام حالت های تعویض MC از جمله چرخش بردارها و به طور موثر ورودی کنترل و متغیرهای خروجی MC را ممکن می سازد. روابط نقشه برداری بین بردار ولتاژ خروجی MC و تغییر میزان نیروی گشتاور موتور، جریان، و آنهایی که بین ورودی بردار فعلی MC قرار دارند و تغییر نرخ شبکه واکنش جریان بدست می آیند. چهار جدول تعویض بهبود یافته با استفاده از جداسازی و میانگین قرار دادن بوجود می آیند، که در آن تغییرات نیروی گشتاور جریان و ورودی جریان ،شار واکنشی مربوط به تمام حالت های تعویض MC ، می تواند به صراحت نشان داده شود. بر اساس جداول، انتخاب حالت های تعویض بهینه را می توان با استفاده از این روش به دست آورد. شبیه سازی های عددی و آزمایشات با نمونه در حال انجام است. نتایج عملکرد خوب، روش پیشنهاد شده با نیروی گشتاور کوچک و ریز موج جریان، جریان های ورودی اندک و پاسخ سریع دینامیکی را نشان می دهد.
کلمات کلیدی: نیروی گشتاور مستقیم و کنترل جریان، تبدیل ماتریس (MC)، موتور همزمان مغناطیس پایدار
1-مقدمه
تبدیل کننده ماتریس (MCs) توجه گسترده تری را با توجه به مزایای خود مانند ساختارفشرده، جریان چگالی توان بالا، ورودی سینوسی /خروجی و کنترل ضریب قدرت ورودی، به خود جلب کرده است. در گذشته، چند روش مدولاسیون و تکنیک های کنترل برای کنترل MCs مانند روش های عددی (7)- (9) ، مدولاسیون عرض پالس (10)- (13)، کنترل نیروی گشتاور مستقیم (DTC) (14)- (18) توسعه یافته اند.
DTC به ماشین های القایی ولتاژ منبع تغذیه اینورتر (VSI) در سال 1989 معرفی شده اند. این علاقه محققان را با توجه به مزایای آن مانند ساختار ساده اش، بدون نیاز به تغییر مختصات چرخشی پارامترهای موتور(20) و (21) جلب کرده است. با این حال، با توجه به محدود بودن تعداد بردارهای ولتاژ VSI، مشکل موج دار شدن نیروی گشتاور بسیار جدی است(20). برای غلبه بر این ضعف، تعداد زیادی روش بهبود یافته ارائه شده است. در (22)- (26) مدولاسیون بردار دوره ای برای تولید بردار ولتاژ چرخشی مداوم استفاده می شود، که می تواند نیروی گشتاور و جریان را دقیق تر تنظیم کند. اگر چه کاهش قابل توجه موج دار شدن نیروی گشتاور می تواند در این روش حاصل شود، سهولت DTC تا حدودی به خطرمی افتد(15)- (20). در (27) و (28) مبدل های چند سطحی به جای VSI برای رسیدن به حداقل امواج نیروی گشتاور استفاده می شوند، در حالی که مبدل های چند سطحی می توانند بردار ولتاژ بیش از دو سطح VSI استاندارد را تولید کنند.
در سال 2001 ، DTC مبتنی بر MC- معرفی شد، که می تواند ضریب توان را یکی و به طور همزمان کنترل نیروی گشتاور و جریان را محقق کند(14). MC همچنین دارای تعداد زیادی بردار ولتاژ برای مدولاسیون است که مشابه مبدل های چند سطحی می باشد. با این حال، روش MC مبتنی بر DTC، در بهره برداری موثر از MCS شکست می خورد، در نتیجه هیچ مزایای اضافی در سمت خروجی MCS وجود ندارد. برای حل این مشکل، یک روش جدید برای تقسیم بخش های ورودی مسیر بردار ولتاژ در (15) معرفی شده است. در نتیجه ولتاژ فعال بردار MCS را می توان به بردارهای بزرگ و کوچک با توجه به دامنه شان تقسیم کرد....