请介绍一下电机的类型。
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交流电机的供电和变频调速
交流电机电源
交流电机一般采用三相制，因为与单相电机相比，三相交流电机在性能指标、原材料利用率、价格等方面都有明显的优势。同样功率的三相电机比单相电机更小、更轻、更便宜。三相电机具有自启动能力。单相电动机没有起动转矩，需要采取一些特殊措施来解决起动问题。单相电机的转矩是脉动的，噪音比较大，但是需要的电源比较简单，特别是在家里。所以小型家用电机和仪表电机多采用单相电机。
交流电机的变频调速
变频器是利用变频技术和微电子技术，通过改变电机电源的频率和幅值来控制交流电机的电气传动元件。交流电机调速变频器特点:交流电机调速变频器■低频转矩输出180%,良好的低频运行特性■最大输出频率600Hz，可控制高速电机■全方位检测和保护功能(过压、欠压、过载)、瞬时断电和重启■旋转时的加速、减速、防失速等保护功能■电机动态参数自动识别功能， 确保系统的稳定性和准确性■高速停车时响应迅速■丰富灵活的输入输出接口和控制方式，通用性强■采用SMT全贴片生产和三防烤漆处理工艺，产品稳定性高■全系列采用最新的西门子IGBT功率器件，确保高品质。
[编辑本段]交流电机的直接转矩控制
目前，在几种常见的直接转矩控制策略中，对于中小容量，控制方案侧重于转矩和磁链的无差拍控制以及提高载波频率。对于大容量，不同的是在低速时采用间接转矩控制，以减少低速时的转矩脉动。
直接转矩控制技术综述
与DC电机相比，在结构简单、维护方便、对环境要求低、节约能源、提高生产率等方面具有充分的优势，使得交流调速广泛应用于工农业生产、交通运输、国防以及日常生活中。随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的飞速发展，交流调速技术也取得了长足的进步。目前，在高性能交流调速领域，主要有矢量控制和直接转矩控制。在1968年，达姆施塔德工业大学的哈塞博士初步提出了场定向理论，随后在1971年，西门子的F·布拉施克总结并实现了这一理论，并以专利的形式发表，逐渐完善并形成了各种矢量控制方法。至于直接转矩控制，一般认为是由德国鲁尔大学的M.Depenbrock教授和日本的I.Takahashi分别于1985首先提出的。对于圆形磁链的直接转矩控制，基本思想是通过控制电机的瞬时输入电压来控制定子磁链的瞬时转速，从而改变其对转子的瞬时转差率，达到直接控制电机输出的目的，在精确观测定子磁链的空间位置和大小，保持其幅值基本恒定的条件下，精确计算负载转矩。与矢量控制在控制思想上不同，直接转矩控制通过直接控制转矩和磁链间接控制电流，不需要复杂的坐标变换，因此具有结构简单、转矩响应快、对参数鲁棒性好等优点。实际上，1977 A B Plunkett曾经在IEEE工业应用期刊上提出过类似于目前直接转矩控制结构和思想的直接磁链和转矩调节方法。该方法通过对给定转矩和反馈转矩之差进行PI调节得到转差频率，将该转差频率与电机转子的机械转速相加得到逆变器应输出的电压定子频率；电压与频率的比值是通过对定子磁链参考值与反馈值之差进行积分得到的，电压应通过乘以定子频率由逆变器输出。最后，采用SPWM方法对电机进行控制。直接转矩控制(DTC)提出已近20年。目前，许多控制策略及其数字实现方案、磁链观测和速度辨识方法都是在此基础上发展起来的。本文将对它们进行分类、分析和比较。
电机模型和直接转矩控制策略
直接转矩控制基于静态坐标系，如图1所示。在传统的直接转矩控制中，通过检测定子两相电流、DC母线电压和电机转速(无速度传感器DTC中不需要测速)进行定子磁链观测和转矩计算，使它们分别从定子磁链参考值和转矩参考值中减去，并将差值与各自的滞环进行比较。输出转矩和磁链的增减信号，将这两个信号输入优化矢量开关表，加上定子磁链所在的扇区，得到满足磁链为圆形，转矩输出跟随给定转矩的电压矢量。磁链和转矩的滞环可以多级设定，其宽度可变。滞后宽度越小，开关频率越高，控制越精确。直接转矩控制具有结构简单、转矩响应快、对参数鲁棒性好等优点，但它是基于Bang-Bang控制的控制方法，具有单矢量、转矩和磁链滞环，不可避免地导致开关频率低、开关频率不稳定、转矩脉动大，限制了直接转矩控制在低速区的应用。鉴于此，国内外许多学者提出了各种提高开关频率、固定开关频率和减小转矩脉动的方法。本节将一一列举和比较。
无差拍空间矢量调制方法
T.G.Habetler的空间矢量调制法将无差拍法应用于直接转矩控制，最早由美国T.G.Habetler提出，该方法的主要思想是在这个采样周期内得到转矩给定值与反馈值的差值。空间电压矢量的幅值和相位是任意的，可以通过合成两个相邻的基本电压矢量来获得。计算出的空间电压矢量可用于实现无差拍转矩和磁链的目标。利用Habetler的无差拍方法，理论上可以使磁链和转矩误差完全为零，从而消除转矩脉动，弥补传统DTC Bang-Bang控制的不足，使电机在极低转速下运行。另外，无差拍控制得到的空间电压矢量相对于单个矢量可以大大提高开关频率并使其固定，对降低电压谐波和电机噪声非常有帮助。但空间电压矢量的作用时间可能比采样周期长，说明磁链和转矩的无差拍控制不能同时满足。因此，作者提出了三个步骤:首先，转矩是否满足死区，如果不满足，则磁链是否满足死区，如果不满足，则根据原直接转矩控制向量表选择下一周期的单个电压矢量。所以根据Habetler的无差拍法，最大计算量有四步，会消耗大量计算资源，不容易实现。另外，整个计算过程对电机参数的依赖性比较大，会降低控制的鲁棒性。转矩或磁链的预测控制方法在T G Habetler的无差拍直接转矩控制方法中，由于计算量大而难以实现，于是出现了一系列简化的无差拍直接转交流电机——韩国SPG交流电机全程转矩控制，典型的方法是转矩跟踪预测。该方法对低速转矩脉动的情况进行了分析，得出了转矩脉动锯齿不对称的结论。非零电压矢量和零电压矢量对转矩变化的影响不同。前者能使扭矩上升或下降，后者总是使扭矩下降。此外，在不同的速度范围内，扭矩作用的变化率也在变化。在转矩预测控制方法中，电压矢量在空间中的位置是固定的，合成在两个单一的电压矢量中间，但电压矢量并不影响整个采样周期，而是具有一定的占空比，在一个采样周期内可以分为非零电压矢量和零电压矢量。如果下一个采样周期的非零电压矢量和零电压矢量* * *共同作用，则转矩变化等于该周期计算的转矩误差。转矩误差将被消除，从而达到转矩无差拍控制的目的。即使计算出的电压矢量动作时间超过采样周期，也可以用全电压矢量代替，所以非常容易实现。从实验结果来看，转矩脉动的锯齿基本对称，说明转矩脉动已经大大减小。以前的方法认为磁链控制精确或变化缓慢，没有考虑磁链的无差拍控制，文献中也预测了磁链。在这种方法中，可以通过磁链的空间矢量和电压矢量的关系近似得到:其中δ ψ s是电压矢量作用下的磁链幅值变化，θ v ψ是它们的空间角度。设第k个采样周期的磁链误差为δ ψ so，则根据公式(5)可以得到使第k+1周期磁链误差为零的矢量作用时间:基于转矩控制优先的原则，根据转矩预测控制计算的矢量作用时间和磁链预测控制计算的作用时间可以得到综合矢量作用时间。考虑磁链的无差拍控制优于单纯的转矩无差拍控制，不仅消除了转矩脉动，而且不会产生磁链畸变，计算量也不会太大。除了上述的转矩无差拍控制方法，文献中也采用了类似的方法，最终电压矢量计算动作时间基本相同，此处不赘述。和Habetler的无差拍法一样，预测法也需要更多的电机参数。如果能实时在线辨识定子电阻和转子时间常数，控制精度将大大提高。文献中详细介绍了基于检测反电动势的离散时间直接转矩控制。在文献中，该方法首次应用于直接转矩控制。基本方法如下:由电机基本电路模型得到的电压方程和磁链方程离散化如下:A和B的定义也将转矩方程离散化。将方程(7)代入其中，同时将方程(7)也代入磁链的幅值平方表达式。利用离散转矩方程和离散磁链幅值调平方法，可以求解出下一周期空间电压矢量的增量VSx和VSy，代入下式得到转矩和磁链无差拍控制的电压矢量，幅值受限。推导出了k+1周期应达到的转矩和磁链，从而可以同时实现转矩和磁链的无差拍控制，从实现方式上来说非常适合数字控制。此外，该方法主要基于定子侧控制，所需电机参数仅为定子电阻和电感，对电机参数的变化更具鲁棒性。从实验结果来看，系统的动态响应性能较好。然而，在这种方法中，需要检测电机的相电压，这增加了系统硬件的复杂性，此外，计算量也比较大。基于几何的无差拍控制在文献中，将定子磁链方程、转子磁链方程和由定转子磁链表示的转矩方程离散化，然后将前两个方程带入转矩方程。通过对离散转矩方程的分析可知，施加电压矢量可以使转矩误差为零，转矩在平面上变为一条直线，与转子磁链矢量方向平行。同理可以分析出，施加电压矢量可以使磁通误差为零，磁通在平面上变为一个圆，与磁通圆同心。因此，利用直线和圆的交点可以得到使转矩和磁链控制无差拍的电压矢量。当然，这个电压矢量受限于逆变器能够输出的电压。将几何学引入无差拍控制是一个很好的想法，可以得到无差拍控制的最优电压矢量，也有助于理论分析。但是，如何实现图形方式与数字控制的结合，还存在一些困难。
离散空间矢量调制(DSVM)方法
无差拍直接转矩控制理论上可以消除转矩和磁链的误差，克服Bang-Bang控制不精确的弱点，但需要大量的计算，而且这些计算与电机参数有关，容易造成计算误差。因此，文献中提出了一种离散空间矢量调制方法，该方法不需要太多的计算就能提高转矩和磁链控制的精度。在离散空间矢量调制法中，两电平逆变器输出的六个基本电压矢量中的相邻电压矢量和零电压矢量是有规律地合成的，如图3所示，这是利用相邻的单矢量2、单矢量3和零电压矢量合成的空间电压矢量。从图3可以看出，合成方法是将整个采样周期平均分为三段，每段由非零电压矢量或零电压矢量组成。比如空间电压矢量23Z由矢量2和矢量3以及零电压矢量组成，每个矢量作用于1/3采样周期，所以可以用5段或7段的方式合成(文中未说明)，用这种常规合成方法可以合成10。精确的电压矢量可以更精确地控制转矩和磁通。文献中磁链采用传统的两级滞环Bang-Bang控制，但考虑到交流电机-韩国SPG小电机的串联转矩需要快速的动态响应，所以分为五级滞环Bang-Bang控制，如图4所示，不同的误差带采用不同的电压向量表。另外，电压矢量对转矩变化的影响公式如下:从公式(10)可以看出，同样的电压矢量在低速和高速时对转矩变化的影响是不同的。因此，不同的速度范围使用不同的电压矢量，如图3所示。另一方面，低速时用小幅度的电压矢量，高速时用大幅度的电压矢量，也符合V/f=C的规律。传统的直接转矩控制在低速时连续使用较多的零电压矢量，使得开关频率很低，转矩脉动很大。而离散空间矢量调制方式，由于低速时使用幅值小的电压矢量，连续使用的零电压矢量较少，开关频率高，转矩脉动小。此外，由于高速时电压矢量较多，可以划分为12个扇区，使用两个电压向量表，这样可以进行更精确的控制。从以上分析可以看出，离散空间矢量调制方法实现简单，不需要无差拍控制那么多的计算量，保持了传统Bang-Bang控制的优点，因此具有很好的鲁棒性，但与传统的直接转矩控制相比，可以提高转矩和磁链控制的精度，降低低速转矩脉动。但控制精度越高，矢量划分越细，电压矢量控制表越大，会增加控制的复杂度。因此，如果能将离散空间矢量调制与无差拍控制相结合，将有助于克服这一缺点。
PI调节器输出空间电压矢量的方法
在直接转矩控制中，如果能获得任意相的空间电压矢量，将有助于降低低速时的转矩脉动，实现矢量控制低速时的稳态性能。第三节中的无差拍控制可以得到任意相的空间电压矢量，但计算复杂，实现困难。另一种获得任意相空间电压矢量的方法是使用PI调节器。A. B. Plunkett的直接转矩和磁链调节法是一种PI调节法，但当时没有空间电压矢量的概念，只用SPWM法输出电机控制电压。在文献中，提出的直接转矩控制采用PI调节的方法，而SVM采用的方法是输出空间电压矢量。转矩参考和转矩反馈得到的转矩误差输入PI调节器，PI调节得到Q轴电压矢量，定子磁链参考和定子磁链反馈得到的定子磁链误差输入PI调节器，PI调节得到D轴电压矢量，然后将D轴和Q轴电压矢量旋转变换到静止坐标系的α轴和β轴，输出空间电压矢量。显然，这个空间电压矢量在空间位置的相位是任意的。在结构上，基于PI调节的直接转矩控制类似于定子磁链定向的矢量控制，但两者又有区别。定子磁链定向的矢量控制基于同步旋转坐标系，定向于定子磁链的D轴，Q轴磁链为零。此外，磁链和Q轴方向的电流应该解耦，这对于基于PI调节的直接转矩控制是不需要的。其中，只有转矩输出和定子磁链反馈需要通过PI调节方法跟踪给定值，实现起来相对简单，鲁棒性好。与传统的直接转矩控制相比，它可以提高开关频率，降低低速时的转矩脉动，但这种方法需要选择合适的PI参数，否则会影响控制系统的动静态性能。除了上述PI调节的直接转矩控制，还在文献中A B Plunkeet的直接转矩和磁链调节方法的基础上做了进一步的研究，输出为空间电压矢量的形式，此处不再赘述。
注入高频抖动以提高开关频率
在以前的直接转矩控制策略中，据说在低速时增加开关频率可以减少转矩脉动和噪声。文献中提出了在传统直接转矩控制的基础上注入高频抖动的方法来提高开关频率，其中作者用图形表示了开关频率随着转矩和磁链滞环宽度的减小而增大，但这种提高是有限的。一个主要原因是磁链和转矩控制的延迟，延迟越大，开关频率越低。例如，从仿真来看，10μs延迟有14kHz的开关频率，但当有20μs延迟时，只有8kHz的开关频率。文献中提出的提高开关频率的方法是在转矩和磁链的滞环中叠加一个高频三角波，其幅值相当于滞环的宽度。当反馈值大于三角波时，电压矢量减小，当反馈值小于三角波时，电压矢量增大。因此，即使控制存在延迟，开关频率也会随着三角波频率的增加而增加。例如，当三角波的频率为30kHz时，开关频率可以达到10kHz。文献中采用的是单电压矢量法。如果采用空间任意电压矢量的方法，开关频率可以进一步提高。
大容量直接转矩控制的低速控制策略
直接转矩控制最初是在德国提出来解决大容量机车控制问题的，最重要的一点是降低开关频率。目前使用GTO作为逆变器的功率器件时，其开关频率一般不超过200Hz，使用IGBT时一般不超过500Hz。因此，以上各节所述的直接转矩控制策略将不适合大容量直接转矩控制，否则会造成相对较高的开关频率。低速时，如果用直接转矩控制，一开始采样周期很短，否则转矩脉动大，容易过流。其次，要求环形磁链，否则转矩脉动大；第三，应采用单一电压矢量，占空比为100%，使开关频率至少降低一半；最后，转矩和磁链之间应该有较大的滞环，否则开关频率会高，但如果转矩和磁链之间的滞环过大，则会引起较大的转矩脉动。因此，在大容量调速中使用传统的直接转矩控制并不容易。目前最成熟的方法是间接转矩控制。这种控制方法实际上是对A B Plunkett的直接转矩和磁链调节法的改进，转矩调节器以一个周期的积分动态增量δ XD输出一个动态滑差，稳态滑差由磁链和转矩计算。动态转差率和电机的机械角速度之和得到同步角速度，可以在一个采样周期内积分得到一个周期内磁链的相位稳态增量δ x0，将其加到动态增量上可以得到一个采样周期内磁链的总相位增量δ x。磁链调节器输出幅值增量kψ，利用相位增量、幅值增量和电压方程可以得到控制电机的空间电压矢量。从上面的分析可以看出，间接转矩控制的物理概念是非常清晰的。通过计算磁链的幅值增量和相位增量来确定空间电压矢量，不仅可以使磁链轨迹为圆形，而且可以实现转矩的稳定动态调节。此外，可以像矢量控制一样通过增加采样周期来降低开关频率，而不会产生额外的转矩脉动，这主要是因为在一个采样周期内可以精确计算磁链的幅值增量和相位增量。因此，间接转矩控制具有良好的稳态和动态性能，在大容量调速中可以大大降低低速转矩脉动，增加调速范围。
直接转矩控制技术的未来
与传统的直接转矩控制相比，目前中小型电机控制的主要改进方法是转矩和磁链的无差拍控制，以及提高和固定开关频率。转矩和磁链的无差拍控制很难同时实现，所以在无差拍控制和Bang-Bang控制之间有转矩和磁链的单独预测跟踪控制和离散空间电压矢量控制，既简化了控制算法，又提高了控制精度。用PI调节器控制转矩和磁链是一种比较直接的方法，省去了无差拍控制的复杂计算，易于实现。无论是无差拍控制还是PI调节，都可以输出任意或任意多个空间电压矢量，自然增加并固定了开关频率，对降低转矩脉动和噪声非常有帮助。但应该清楚地看到，目前小容量直接转矩控制的低速性能不如矢量控制，转矩脉动和噪声也比后者大，如何降低转矩脉动和噪声还需要进一步研究。另外，在小容量低速控制中引入间接转矩控制也是一个不错的想法。对于大容量直接转矩控制策略，与中小容量直接转矩控制策略的主要区别是将开关频率限制在一定范围内。由于低速时采用间接转矩控制，转矩脉动比较小，几乎可以达到矢量控制那样的低速性能。随着电力电子器件向大功率、高频方向发展，将有助于大容量直接转矩控制的进一步发展。
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