问答集锦:DTC直接转矩控制

直接转矩控制-也称DTC –是目前世界上已开发的最先进的交流传动技术。

什么是直接转矩控制?

直接转矩控制–也称 DTC – 是由ABB开发的一种最新的交流传动技术,在不久的将来,会取代传统的PWM开/闭环控制。

为什么叫做直接转矩控制?

直接转矩控制是直接基于电机电磁状态来控制转矩和速度的一种方式,类似于直流电机。但与PWM控制使用输入电压及频率的传统方式不同。DTC是第一种控制“真正”电机转矩和磁通变量的技术。

直接转矩控制的优势?

由于转矩和磁通作为电机参数是被直接控制的,所以不需要使用类似于PWM控制中的调制器来控制频率和电压。这种控制方式剔除了中间环节并提升了传动改变转矩的响应速度。DTC不需要反馈设备也可以提供精确的转矩控制。

为什么需要另一种交流传动技术?

DTC不仅仅是交流传动技术的一种。工业应用对传动控制的要求越来越高,旧的传动技术已经不能满足这些要求。

举例,工业应用需要:

• 在一定程度上可以通过改善的速度精度和快速的转矩控制,获得更好的产品质量。

• 缩短停机时间,避免无谓的跳闸;传动能省去复杂的反馈设备;传动设备不会受到严重的干扰(如谐波和射频干扰)。

• 更少的产品数量。无论是交流、直流或伺服产品一个传动就可以满足所有应用的需要。可以称之为真正的“通用”传动。

• 低噪音的传动设备能提供更舒适的工作环境。

这仅是工业应用中的部分要求。DTC可以满足全部这些要求,并将为许多标准应用带来更多的好处。

谁发明了DTC技术?

继德国的Blaschke博士和他的同事Depenbrock在1971年和1985年提出了该理论之后,ABB在1988年开始了DTC的研究.DTC技术基于感应电机的磁场定向理论和直接自控制理论。ABB每年投入超过100人进行该技术的研发工作。

与传统的交流传动技术相比,DTC技术有什么主要优势?

DTC技术的优势很多。

但最值得一提的是使用DTC技术的传动可以获得下面这些性能优势,其中大多数是在没有使用编码器或测速机提供速度和电机轴位置反馈的情况下实现的:

• 转矩响应:-当投入一个100%转矩阶跃给定后,传动的输出达到给定值所需要的时间。使用DTC控制,在40HZ以下典型的转矩响应时间在1到2ms,而带编码器的矢量控制和直流传动响应时间在10-20ms之间。开环的PWM传动响应时间超过100ms。事实上,DTC的转矩响应速度已经达到了自然极限,由于电压和电流的限制,响应时间不可能做到更短。即使使用更先进的“无传感器矢量”传动,转矩响应时间也在数百毫秒。

• 低频下的精确转矩控制,如在没有编码器或测速机等速度反馈的情况下实现零速满转矩。DTC控制可以在频率低于0.5Hz的情况下提供100%的转矩。

• 转矩的重复精度:-在相同的转矩给定命令下,传动所重复输出转矩的精度。使用DTC控制,在没有编码器的情况下,可以达到1%到2%额定值的转矩额定精度。相当于交流开环控制的一半,与闭环控制的交/直流传动相当。

• 电机的静态速度精度:- 在恒定负载下速度给定值与实际速度的偏差。对于DTC控制,速度精度为电机滑差的10%,对于11kW的电机,为0.3%的静态速度精度。对于110kW的电机,不带编码器的速度精度为0.1%。可以满足95%工业场合对传动的精度要求。但是,如果要达到直流传动的精度,需要加装编码器。与之相反的是,使用频率控制的PWM传动的静态速度精度在1%到3%之间,所以在标准传动上使用DTC技术能为客户应用带来很大的性能改进。DTC控制的传动如果使用1024p/r的编码器,速度精度可以达到0.01%。

• 动态速度精度:-当给定一个额定的转矩时速度偏差的时间积分。DTC的开环动态速度精度在0.3%s到0.4%s之间。这取决于工艺要求的控制器的增益调节。其它开环控制的交流传动,动态精度要低8倍,在3%s左右。如果我们为DTC控制器加装编码器,动态精度可以达到0.1%s,与伺服电机的性能相当。

这些优势在实际应用中的好处是什么?

• 快速的转矩响应:-可以大大减小速度在负载瞬变时的跌落时间,可以大幅改善过程控制以及带来更一致的产品质量。

• 低频下的转矩控制:-这特别适用于提升机和升降机这类负载要平稳起停没有震动的场合。另外在卷取机应用中,可以完成零速到最大速度的张力控制。与PWM磁通矢量控制传动相比,DTC由于不需要测速设备而使得成本能够降低。

• 转矩的线性度:-应用在卷取机上这点尤为重要,在造纸行业中,卷取的准确性和连贯性十分重要。

• 动态速度精度:-在负载突变的情况下,电机可以快速的回复到稳定状态。

除了优良的动态特性,DTC传动技术是否有其它的优势?

是的,还有很多优势。

例如,为了得到快速的转矩响应,DTC传动不需要测速计和编码器来监控电机轴的速度和位置,从而节省了成本。

DTC传动的另一个特点是电机在任何电气或机械状态下,都可以快速启动,电机可以没有延时立即启动。

似乎DTC传动应用在高性能或高要求的传动应用上更加有利。对标准传动,DTC能带来什么好处?

标准应用占到了整个变频器工业应用的70%。两个最普遍的应用就是风机和水泵应用,如加热、通风和空调、水处理、食品和饮料等行业中。DTC可以为这些行业提供谐波和噪声等解决方案。

例如,DTC技术可以用于控制进线单元,从而使用可控桥代替传统的二极管整流桥。这意味着使用DTC控制的整流桥可以大幅较少谐波,DTC控制的整流桥电流畸变水平低于6脉波和12脉波的结构,而且功率因数能达到0.99。

在标准应用中,DTC传动可以承受运行中由于快速变化而引起的巨大的负载转矩突变,而不会产生过压或过流跳闸。

此外,如果输入功率有一个短暂的丢失,传动装置必须保持通电。直流母线电压不能跌落到最低控制水平的80%。为了确保这点,DTC采用25微秒的控制周期。

DTC技术已经被用于很多设备了么?

是的,已经有成千上万的设备被使用。例如世界上最大的网络设备制造商之一,测试了DTC技术在胶片整理的卷取机上的应用。

要求:

精确的卷取机转矩控制,以生产高质量的胶片。

解决方案:

开环的DTC传动已经取代了传统的直流传动和后来的磁通矢量控制在卷取应用中的核心地位。

优势:

卷取设备得到了简化并且稳定性得到了提高。一个测速计和线路的成本相当于一台30kW的电机。这大幅度的节省了投资费用。

原文发布于微信公众号 - 机器人网(robot_globalsources)

原文发表时间:2014-07-07

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