交流驱动控制器的电源并非交流电源,而是传统的直流电源,控制电路利用控制器和换流器的作用,将直流电转换为三相交流电,因此控制电路采用的是交流电路,以此达到带动电机的目的。交流驱动系统相对于直流驱动而言,具有工作结构简单、效率高、寿命长久和体积较小等优势。它宽广的调速范围,使之可以分别进行高速恒功率以及低速恒转矩高速恒功率的运转,提高了整体系统的可靠性和稳定性。
目前,永磁同步电机主要是应用在对控制性能要求较高的伺服系统中。由于永磁同步电机的转子很大部分是使用稀土永磁材料制造的,因此电机的体积和重量都比同功率的异步电机要轻便很多。由于对永磁同步电机的不断探索和发展,永磁同步电机的控制算法也多种多样[5]。在这些控制算法当中,直接转矩控制算法和空间矢量控制法应用最为广泛,使用的频率次数也最多。
直接转矩控制由德国和日本学者分别提出的,虽然理论推导和实现方法上有所不同,但基本思想是完全一致的。它不需要设计PWM脉宽调制器,即放弃了电流反馈,并通过检测母线电压与电机定子电流计算出电机的转矩与磁链,而且还需要两滞环比较器进行转矩和磁链的解耦控制[6]。这种算法易于实现全数字化,具有较高的动、静态性能[7]。目前,已经能够在多种不同型号的处理器上得以实现。
空间矢量控制[8]是通过测量和控制交流电机的定子电流矢量,依照磁场定向原理分别控制交流电机的励磁电流和转矩电流,从而控制交流电机转矩。实际上就是把交流电机等效为直流电机,分别控制速度和磁场。这种算法需要进行如下的坐标变换:
(1)三相静止坐标到两相静止坐标的变换;
(2)两相静止坐标到两相旋转坐标的变换。
通过上述变换之后,所得到的参数直接用于对永磁同步电机的控制。这种算法经历了很长时间的研究和实践,最终在DSP的硬件上完成了调试工作。这也反映出了一个观点:永磁同步电机的控制技术已经走向成熟和稳定,设计驱动控制器在理论上是可以实现的。