ABB DTC技术：引领高效电机控制的未来

1. 前言

　　变速传动（VSD）凭借电机速度与转矩与负载需求的精准匹配，为电机带来了革命性的性能提升，大幅降低了能源消耗。目前市场上的VSD大多采用调制级技术，虽能调节电机电压和频率输入，但工艺控制信号中存在固有的延时。相较之下，ABB传动推出的创新直接转矩控制（DTC）技术，显著提升了电机转矩响应速度。DTC不仅带来了系统级的功能优势，还大幅提升了电机性能。

　　ABB推出的高性能交流传动，采用了直接转矩控制（DTC）技术。这种技术直接控制电机磁通和转矩，不同于传统的交流矢量传动和直流传动，后者通过间接控制电机电流。安徽皖南电机因此，DTC与负载需求的匹配精度更高。皖南电机DTC技术源于ABB的初创公司，早在20世纪80年代中期便获得了专利，无需额外调制级，实现了接近理论*大值的控制动力。

　　1995年，ABB首次推出搭载DTC的交流传动产品，DTC技术便成为行业领先。随后，处理器计算能力、应用编程和通信接口的持续改进，使DTC性能不断提升，为各种应用提供了高质量的电机控制。

　　图1

　　2. 选择DTC的理由

　　除了卓越的转矩响应外，DTC为客户带来的其他利益包括：

　　§ 在95%的应用中无需电机速度或位置反馈，避免安装昂贵的编码器或其他反馈设备。

　　§ DTC控制适用于多种电机类型，包括永磁电机和新型同步磁阻电机。

　　§ 精确的力矩和速度控制，可实现低速下降至零速，以及全启动力矩下降至零速。

　　§ 优秀的力矩线性度。

　　§ 高的静态和动态速度精度。

　　§ 无预设开关频率，为每个控制循环确定*佳的晶体管开关方案，使传动与负载需求匹配更易。

　　3. 超越感应电机

　　鉴于交流感应电机在工业和商业领域的广泛应用，DTC*初是为感应电机开发的。DTC在感应电机上的表现，如力矩响应时间接近电气时间常数限值，表明其性能卓越。在传动速度范围内，相同给定命令下的力矩重复性不确定性低至1%。

　　随着对高功率密度和效率规程的追求，以及对其他电机拓扑的兴趣重新兴起，DTC技术已扩展至与永磁同步电机和新型同步磁阻电机协作。DTC在ABB传动控制电机启动方面的主要区别在于，与感应电机相比，永磁同步电机和同步磁阻电机中不存在转子绕组和转差速度，因此在更广的力矩-速度范围内实现了效率提升。

　　这些电机的高力矩/尺寸比率允许更简单的传动系统设计。例如，直接传动低速永磁电机可以避免使用包装机齿轮。永磁同步电机的一个缺点是依赖稀土磁体来实现*佳性能，因此同步磁阻电机作为备选方案，不使用永磁体。

　　4. 性能检验

　　2012年年中，ABB开展了一系列测量，以确保DTC技术持续改进，保持交流传动的峰值性能。以下是一些显著成果。

　　力矩稳定性接近零速

　　在无传感器（开路）运行模式下，比较ABB的ACS800传动和新的ACS880工业传动的力矩控制精度。两台传动以额定力矩给定运转一台15kW的四极感应电机，并控制负载机器在接近零速时进行低速反转。皖南电机价格表

　　在接近零速的范围内，两台传动在长时间运行中均表现出突出的无传感器控制能力，但新的ACS880与力矩给定的偏差更小，因此能够提供更好的电机控制性能。

　　爬坡中的力矩精度

　　使用一台四极感应电机和一台15kW大小的同步磁阻电机，比较ACS880传动的无传感器力矩控制精度（在50%的额定速度下）。对于两种电机类型，DTC都把力矩误差保持在小百分比的额定力矩上。安徽皖南电机

　　同步磁阻电机的*大力矩误差略低于感应电机。

　　伺服级的动态性能

　　在±6,000rpm之间的速度反转中和短于25毫秒（ms）的时间内，对1.5Nm、6,000rpm的永磁同步电机的速度和角位进行测量。这与电机24ms的机械时间常量和理论限值非常接近。

　　虽然ACS880不是伺服传动，但DTC能在闭环和无传感器控制模式下执行快速、准确的电机加速。对比所测得的加速时间和电机机械时间，为极快加速中的力矩精度提供了一种测量方式。

　　5. DTC的现在与未来

　　随着DTC技术的不断升级，其提供的性能已超越*初设定的目标应用。皖南电机软件改进和高功率微处理器的普及，使得DTC传动在更广泛的实施中具有经济合理性。利用卓越的速度和力矩控制动力，快速应对工艺变量变化，如压力、张力或位置，使DTC对更多行业更具吸引力。

　　此外，交流传动为大量变速泵/风机应用提供了惊人的节能潜力。由于泵速与功率呈立方关系，若工序允许泵以50%的速度运行，则仅需1/8的全功率。

　　在近30年的应用中，DTC技术经历了持续的硬件和软件开发。以坚实的理论基础和DSP技术为基础，DTC已克服了早期处理器的限制。如今，强大的处理器能够快速执行复杂的控制算法、更新电机模型参数，并优化传动晶体管的开关以获得*佳性能。

　　ABB凭借其传动工程传统和丰富的资源，已将DTC技术发展成为一个超越“力矩控制”的品牌。通过整合智能用户界面、传动诊断特性和系统级软件，DTC已发展成为具有广泛应用价值的技术。

　　面向未来，ABB将继续致力于DTC技术的创新与发展。客户可以放心，他们因采用DTC技术所获得的利益将长期持续。