本發明涉及交流電機調速系統，特別涉及無刷雙饋電機超同步調速系統及其電機磁場定向矢量控制方法、電機直接轉矩控制方法。

背景技術：

現有的交流電機調速方式主要有兩類，一類是通過變頻電源為定子繞組供電調節電機轉速，該種調速方式適用于同步電機(電勵磁同步電機、永磁同步電機、磁阻電機等)和籠型感應電機；另一類是繞線轉子感應電機定子繞組和轉子繞組分別由固定工頻電源和變頻電源供電的雙饋調速方式；第一種調速方式的優點是通用性強，控制靈活，缺點是需要全功率變頻電源，特別是高壓電機調速系統成本較高；繞線轉子感應電機雙饋調速方式的優點是所需要的變頻電源功率較小和控制系統成本較低，缺點是繞線轉子繞組供電通過滑環和電刷，需要定期維護和運行可靠性稍差；為了克服繞線轉子電機雙饋調速的上述缺點，又出現了將轉子控制繞組移到定子上去的一種新的無刷雙饋電機調速方式。

傳統無刷雙饋電機的調速范圍多采用從低于同步速(亞同步)到高于同步速(超同步)的所謂“雙向調速”方式，雖然所需變頻器的功率可以小一些，但電機和變頻器的成本并不比單向調速??；其原因是：

①從無刷雙饋電機的運行原理來看，無論電動機和發電機運行方式，在亞同步速運行區電機的輸出功率都是主繞組(功率繞組)與副繞組(控制繞組)功率之差，電機的輸出功率較小而主副繞組的功率和損耗不小，導致電機的效率降低；在超同步運行時，電機的輸出功率為主繞組與副繞組功率之和，繞組得到充分利用，電機效率較高，因此無刷雙饋電機運行在超同步調速范圍比較經濟。

②從變頻器和控制技術來看，無刷雙饋電機亞同步到超同步的“雙向調速”控制技術比較復雜，需要雙向變流的變頻器，成本較高。無刷雙饋電機無論電動機和發電機運行方式，在亞同步速區和超同步速區副繞組(控制繞組)中三相電流的相序和功率流向是相反的，因而從亞同步到超同步的“雙向調速”需要“雙向變流”的變頻器供電，其硬件和軟件的結構和控制技術要比僅需要“單向調速”復雜得多。

“雙向調速”比“單向調速”所需的變頻器功率可能稍小一些，但其制造成本不會降低；綜合考慮制造成本、運行性能和可靠性，無刷雙饋電機超同步“單向調速”要比亞同步和超同步“雙向調速”系統更為優越。

考慮到高壓電機調速系統的主要對象是風機和泵類流體機械，其輸出功率與轉速的3次方成正比，如果最低轉速與最高轉速之比為0.5，其最低與最高轉速時的功率比為0.5³＝0.125，即最低轉速時的功率僅為最高轉速時功率的八分之一，一般驅動風機泵類負載電機不需要這么大的調速范圍，可以根據負載所需要的功率調節范圍確定調速范圍，通過適當選取無刷雙饋電機的同步轉速，采用超同步“單向調速”來實現。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種以降低調速系統成本與提高運行性能和可靠性且適合于超同步單向調速運行的無刷雙饋電機超同步調速系統及其電機磁場定向矢量控制方法、電機直接轉矩控制方法。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

無刷雙饋電機超同步調速系統，調速系統包括供電電源，無刷雙饋電機定子，無刷雙饋電機轉子，變壓器、整流器、變頻器、起動電阻、驅動單元、控制器、開關K₁以及開關K₂；定子的鐵心槽中放置了兩套獨立的三相對稱繞組，分別為主繞組和副繞組，主繞組的出線端子A₁、B₁、C₁與供電電源相連接，副繞組的出線端子A₂、B₂、C₂經過開關K₂、變頻器、整流器、變壓器與供電電源相連接；起動電阻設置在副繞組的出線端子A₂、B₂、C₂與變頻器之間，開關K₁用于控制起動電阻的開關；控制器設置在主繞組的出線端子A₁、B₁、C₁與變頻器之間，驅動單元設置在控制器與變頻器之間；電機起動過程時，開關K₁閉合，副繞組串入起動電阻，K₂斷開，切斷變頻器與副繞組的連接；當電機轉速接近同步轉速時，K₁斷開而K₂閉合，副繞組切除起動電阻而接通變頻器。

在本發明的一個實施例中，所述調速系統還包括電機定子主繞組電壓電流檢測單元、電機定子副繞組電壓電流檢測單元、電機轉速和轉子位置檢測單元，電機定子主繞組電壓電流檢測單元設置在主繞組的出線端子A₁、B₁、C₁與控制器之間；電機定子副繞組電壓電流檢測單元設置在副繞組的出線端子A₂、B₂、C₂與控制器之間；電機轉速和轉子位置檢測單元與控制器連接，用于檢測電機轉速和轉子位置。

在本發明的一個實施例中，所述主繞組極數為2p₁，副繞組極數為2p₂，主繞組和副繞組的極數不相等，而且需滿足下述關系：2p₂≥2p₁+4。

在本發明的一個實施例中，所述無刷雙饋電機轉子為凸極式繞線轉子無滑環電刷結構，其包括具有p₁+p₂個凸極的轉子鐵心，轉子鐵心安裝在轉軸上,所述轉子鐵心的外緣上均布有p₁+p₂個倒梯形槽，凸極與倒梯形槽之間間隔設置，凸極中心開有半開口的第一半開口槽；凸極第一半開口槽的兩側開有以凸極中心線為對稱軸的至少一對半開口槽，半開口槽包括第二半開口槽和第三半開口槽，在凸極的第一、第二、第三半開口槽中相對應的放置了多匝第一、第二、第三短路線圈，多匝短路線圈的兩個線圈邊分別放置在以倒梯形槽中心線為對稱軸的相鄰凸極上的半開口槽中。

在本發明的一個實施例中，所述轉子鐵心由導磁電工鋼片疊壓而成。

在本發明的一個實施例中，每個凸極的兩側邊平行，凸極的外沿和倒梯形槽底邊呈圓弧狀，其圓弧中心與轉子鐵心內圓同圓心。

在本發明的一個實施例中，第一、第二、第三半開口槽的底部與轉子鐵心內徑之間均留有一定的距離，第一、第二、第三半開口槽的深度隨其與凸極中心線距離的增加而減小。

在本發明的一個實施例中，第一、第二、第三短路線圈相互獨立，在電路上沒有聯系；位于凸極第一半開口槽中的短路線圈采用雙層結構，一個線圈邊放在第一半開口槽的上層，另一線圈邊依次放在相鄰凸極第一半開口槽的下層，第一、第二半開口槽中的短路線圈采用單層結構，每個半開口槽中僅放置一個短路線圈邊。

無刷雙饋電機超同步調速系統采用的一種電機磁場定向矢量控制方法，所述電機磁場定向矢量控制方法的步驟如下：

(1)采用主繞組磁場定向矢量控制策略，選取d-q參考坐標，d軸方向與主繞組總磁鏈方向一致，則主繞組磁鏈僅有d軸分量ψ_d1，而q軸分量ψ_q1＝0，在此條件下無刷雙饋電機的電磁轉矩T_e和主繞組的無功功率Q₁可以分別由主繞組磁鏈的無功分量ψ_d1、副繞組電流的有功分量i_q2和主繞組電流的無功分量i_d1進行解耦控制；

(2)根據主副繞組電流的檢測值，經坐標變換單元可求得主副繞組電流分量i_d1和i_d2，然后由磁鏈計算器求出主繞組磁鏈Ψ_d1，由轉矩計算器求得電磁轉矩T_e，主繞組側的無功功率Q₁可根據主繞組磁鏈Ψ_d1和主繞組電流分量i_d1由無功計算器求得，將轉矩給定值T^*_e與轉矩計算值T_e相比較后的差值，通過轉矩調節器轉變為副繞組電流轉矩分量的給定值i^*_q2；將無功功率給定值Q₁^*與計算值Q₁相比較后的差值，通過無功功率調節器轉變為副繞組電流無功分量的給定值i^*_d2，經過坐標變換器可求得副繞組相電流的給定值i^*_a2、i^*_b2和i^*_c2；然后通過驅動電路，經變頻器(4)按i^*_a2、i^*_b2和i^*_c2控制所要求的副繞組相電流，對無刷雙饋電機實現磁場定向矢量控制。

無刷雙饋電機超同步調速系統采用的另一種電機直接轉矩控制方法，所述電機直接轉矩控制方法的步驟如下：

(1)電機速度給定值n^*與速度反饋值n相比較得到的速度差值經速度調節器后形成轉矩的給定值轉矩實際值T_e可用主副繞組電壓電流測量值經過坐標轉換器、磁鏈計算器和轉矩計算器求得；轉矩給定值與實際值T_e相比較后經轉矩調節器得到轉矩調節值送給副繞組電壓矢量選擇器；

(2)副繞組磁鏈幅值│ψ₂│可根據副繞組電壓電流測量值經過坐標轉換器和磁鏈幅值計算器求得，與磁鏈幅值給定值│ψ^*₂│相比較后通過磁鏈調節器得到副繞組磁鏈幅值調節值，然后送至副繞組電壓矢量選擇器；副繞組電流矢量角θ₂可根據副繞組電壓電流測量值經過坐標轉換器、電流矢量計算器求得；副繞組電壓矢量選擇器可根據副繞組磁鏈幅值和轉矩增減的要求以及副繞組電壓電流矢量夾角的關系，選取副繞組電壓矢量，實現對于電機轉矩的實時控制。

通過上述技術方案，本發明的有益效果是：

1、由于采用超同步調速，不需要能量回饋環節，故所需要的變頻器功率較小和成本較低。

2、采用超同步調速，電機的輸出功率為主繞組與副繞組功率之和，繞組得到充分利用，電機效率較高。

3、采用凸極繞線轉子無刷雙饋電機，綜合利用了轉子磁動勢和磁阻對于定子磁場的調制能力，提高了無刷雙饋電機的機電能量轉換效率。

4、通過無刷雙饋電機定轉子繞組極數和結構的優化設計，擴大了無刷雙饋電機的超同步調速范圍，實現了較高轉速(≥1500r/min)的雙饋調速。

5、無刷雙饋電機通過轉子采用多匝短路線圈，減小了深槽轉子繞組電流集膚效應產生的附加損耗，提高了轉子繞組的利用率和電機效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明無刷雙饋電機超同步調速系統結構示意圖；

圖2為本發明無刷雙饋電機結構示意圖；

圖3為本發明無刷雙饋凸極繞線轉子結構示意圖；

1、供電電源 2、無刷雙饋電機定子 2a、主繞組 2b、副繞組 3、無刷雙饋電機轉子 4、變壓器 5、整流器 6、變頻器 7、起動電阻 8、主繞組電壓電流檢測單元 9、副繞組電壓電流檢測單元 10、電機轉速和轉子位置檢測單元 11、驅動單元 12、控制器 13、轉子鐵心 13a、凸極 13b、倒梯形槽 14、第一半開口槽 15、第二半開口槽 16、第三半開口槽 17、第一短路線圈 18、第二短路線圈 19、第三短路線圈 20、轉軸；

圖4為本發明無刷雙饋電機超同步調速主繞組磁場定向控制系統原理框圖；

18、坐標變換單元 19、磁鏈計算器 20、轉矩計算器 21、無功計算器 22、轉矩調節器 23、無功功率調節器 24、坐標變換器 25、電壓源PWM逆變器驅動電路；

圖5為本發明主繞組磁場定向下主副繞組電流矢量及主繞組磁鏈的空間相位關系；

圖6為本發明無刷雙饋電機超同步調速直接轉矩控制系統原理框圖；

19、坐標轉換器 26、磁鏈計算器 27、速度調節器 28、轉矩計算器 29、磁鏈幅值計算器 30、轉矩調節器 31、磁鏈調節器 32、副繞組電壓矢量選擇器；

圖7為無刷雙饋電機主副繞組磁鏈矢量與副繞組電壓矢量的關系；

圖8為電壓源逆變器電路原理接線圖；

圖9為無刷雙饋電機副繞組電壓矢量；

圖10為無刷雙饋電機副繞組電壓矢量與電流矢量的關系。

具體實施方式

為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。

參見圖1至圖3所示，本發明公開了無刷雙饋電機超同步調速系統，調速系統包括供電電源1，無刷雙饋電機定子2，無刷雙饋電機轉子3，變壓器4、整流器5、變頻器6、起動電阻7、驅動單元11、控制器12、開關K₁以及開關K₂；定子的鐵心槽中放置了兩套獨立的三相對稱繞組，分別為主繞組2a和副繞組2b，主繞組2a的出線端子A₁、B₁、C₁與供電電源1相連接，副繞組2b的出線端子A₂、B₂、C₂經過開關K₂、變頻器、整流器、變壓器與供電電源1相連接；起動電阻7設置在副繞組2b的出線端子A₂、B₂、C₂與變頻器6之間，開關K₁用于控制起動電阻的開關；控制器12設置在主繞組2a的出線端子A₁、B₁、C₁與變頻器6之間，驅動單元11設置在控制器12與變頻器6之間；變壓器4用于高壓供電電源1降壓，然后經過整流器5將工頻交流電變為直流電，再經變頻器6向無刷雙饋電機定子的副繞組2b提供電壓和頻率可調的電源；本發明的檢測單元包括主繞組電壓電流檢測單元8，副繞組電壓電流檢測單元9和電機轉速和轉子位置檢測單元10，主繞組電壓電流檢測單元8設置在主繞組2a的出線端子A₁、B₁、C₁與控制器12之間；副繞組電壓電流檢測單元9設置在副繞組2b的出線端子A₂、B₂、C₂與控制器12之間；電機轉速和轉子位置檢測單元10與控制器12連接；該三個檢測單元在工作時分別將實時監測信號供給控制器12，由控制器12發出指令經過驅動單元11控制變頻器6的輸出電壓、頻率、相序和相位；電機起動過程時，開關K₁閉合，副繞組2b串入起動電阻7，K₂斷開，切斷變頻器6與副繞組2b的連接；當電機轉速接近同步轉速時，K₁斷開而K₂閉合，副繞組2b切除起動電阻7而接通變頻器6。

本發明主繞組2a極數為2p₁，副繞組2b極數為2p₂，主繞組和副繞組的極數不相等，而且需滿足下述關系：2p₂≥2p₁+4；為了實現超同步寬范圍的雙饋調速運行，主繞組需要選用少極數2p₁，而副繞組采用多極數2p₂；在雙饋調速運行范圍較小時，主繞組可以采用多極數2p₂，而副繞組采用少極數2p₁。

本發明無刷雙饋電機轉子為凸極式繞線轉子無滑環電刷結構，其包括具有p₁+p₂個凸極13a的轉子鐵心13，轉子鐵心13由具有良好導磁性能的電工鋼片疊壓而成，轉子鐵心13安裝在轉軸20上,轉子鐵心13的外緣上均布有p₁+p₂個倒梯形槽13b，凸極13a與倒梯形槽13b之間間隔設置，凸極中心開有半開口的第一半開口槽14，每個凸極13a的兩側邊平行，凸極13a的外沿和倒梯形槽13b底邊呈圓弧狀，其圓弧中心與轉子鐵心內圓同圓心。

本發明凸極第一半開口槽14的兩側開有以凸極中心線為對稱軸的至少一對半開口槽，半開口槽包括第二半開口槽15和第三半開口槽16，凸極上開槽的作用，是利用轉子磁路的磁阻進行導向，使磁通按照最佳路徑通過轉子；在凸極的第一、第二、第三半開口槽中相對應的放置了多匝第一短路線圈17、第二短路線圈18、第三短路線圈19，多匝短路線圈的兩個線圈邊分別放置在以倒梯形槽中心線為對稱軸的相鄰凸極上的半開口槽中。

本發明第一、第二、第三半開口槽的底部與轉子鐵心內徑之間均留有一定的距離，以滿足轉子鐵心強度和剛度的要求；第一、第二、第三半開口槽的深度隨其與凸極中心線距離的增加而減小，以滿足槽對于轉子磁通的導向要求。

本發明第一、第二、第三短路線圈相互獨立，在電路上沒有聯系；位于凸極第一半開口槽14中的第一短路線圈17采用雙層結構，一個線圈邊放在第一半開口槽14的上層，另一線圈邊依次放在相鄰凸極第一半開口槽的下層，第一、第二半開口槽中的短路線圈采用單層結構，每個半開口槽中僅放置一個短路線圈邊，在上述半開口槽中放置多匝短路線圈的作用，是利用轉子短路線圈中感應電流產生的磁動勢調制定子繞組電流產生的磁場；第二、第三短路線圈可以根據需要部分放置或者不放置，其特別適用于極數較多而極寬尺寸較小的轉子，可以簡化轉子制造工藝。

本發明無刷雙饋電機超同步調速系統，電機起動時主繞組2a接通高壓電源1，副繞組2b不接變頻器6而是通過開關K₁串聯起動電阻7，副繞組2b串聯起動電阻7的作用是減小主、副繞組中的起動電流和增加電機的起動轉矩，當電機轉速接近同步轉速時，副繞組2b由開關K₁切除起動電阻7并通過開關K₂接通變頻器6，通過改變變頻器6的輸出電壓和頻率，控制無刷雙饋電機的轉速；由于僅在同步速以上單向調速，不需要能量回饋環節，故所需要的變頻器功率較小和成本較低。

參見圖4所示，本發明無刷雙饋電機超同步調速系統采用的一種主繞組磁場定向矢量控制方法的原理如下：

電機矢量控制分析一般采用d-q旋轉坐標系統，在無刷雙饋電機的分析中，d-q參考坐標的旋轉速度選擇與主繞組電流產生的旋轉磁場同步比較方便；將主、副繞組在實際三相系統中的電壓和磁鏈方程轉換到d-q同步旋轉坐標系統后，無刷雙饋電機的電壓、磁鏈和電磁轉矩方程分別如式(1)、(2)和(3)所示。

式(1)、(2)和(3)中主、副繞組的變量分別用下標“1”和“2”表示，如u_q1和u_q2分別表示d-q坐標中主繞組和副繞組在q軸方向上的電壓分量；r₁、r₂、L₁、L₂分別為主副繞組的電阻和自電感，L_m為主副繞組之間的互電感，p₁和p₂分別為主副繞組的極對數，ω₁和ω₂分別為主副繞組的供電角頻率，p＝d/dt為一微分算子。

選取d-q參考坐標d軸方向與主繞組總磁鏈方向一致，則主繞組磁鏈僅有d軸分量ψ_d1，而q軸分量ψ_q1＝0，在此條件下無刷雙饋電機的電壓、磁鏈和轉矩方程得以簡化，電機的電磁轉矩和主繞組側的無功功率可分別以(4)和(5)式表示；主繞組是由固定電壓和頻率的三相電源供電，因此主繞組的磁鏈Ψ_d1基本不變，由式(4)和(5)可以看出，在主繞組磁場定向矢量控制方式下，無刷雙饋電機的電磁轉矩T_e和主繞組的無功功率Q₁可以分別由主繞組磁鏈的無功分量ψ_d1、副繞組電流的有功分量i_q2和主繞組電流的無功分量i_d1進行解耦控制。

以下結合圖5說明無刷雙饋電機超同步調速主繞組磁場定向矢量控制策略的實現方法。

①主副繞組電流矢量及轉子位置角的確定；

主繞組磁場定向條件下主副繞組電流矢量及主繞組磁鏈的空間相位關系如圖4所示；根據電機轉速和轉子位置傳感器10的檢測信號，可知轉子瞬時相對于靜止參考坐標d₀軸的位置角θ_r；根據主繞組電壓電流檢測單元8的檢測值，可求得主繞組電流矢量i₁及其相對于坐標d₀軸的位置角θ₁；副繞組電流矢量i₂相對于坐標d₀軸的位置角θ₂可由轉子位置角θ_r和主繞組電流矢量位置角θ₁求得，即θ₂＝θ₁-θ_r。

②主繞組磁鏈的確定；

根據主副繞組相電流的檢測值，經坐標變換單元18可求得主副繞組電流分量i_d1和i_d2，然后由磁鏈計算器19按(2)式求出主繞組磁鏈Ψ_d1。

③計算電磁轉矩；

電磁轉矩T_e可根據主繞組磁鏈Ψ_d1和副繞組電流分量i_q2按(4)式由轉矩計算器20求得。

④計算無功功率；

主繞組側的無功功率Q₁可根據主繞組磁鏈Ψ_d1和主繞組電流分量i_d1按(5)式由無功計算器21求得。

⑤副繞組電流給定值的確定；

將轉矩給定值T^*_e與轉矩計算值T_e相比較后的差值，通過轉矩調節器22轉變為副繞組電流轉矩分量的給定值i^*_q2；將無功功率給定值Q₁^*與計算值Q₁相比較后的差值，通過無功功率調節器23轉變為副繞組電流無功分量的給定值i^*_d2；

⑥副繞組相電流給定及其控制；

根據在d-q軸坐標系統中副繞組電流給定值i^*_q2和i^*_d2以及電流矢量位置角θ₂，經過坐標變換器24可求得副繞組相電流的給定值i^*_a2、i^*_b2和i^*_c2；通過電流可控的電壓源PWM逆變器驅動電路25，經變頻器4按i^*_a2、i^*_b2和i^*_c2控制所要求的副繞組相電流。

本發明無刷雙饋電機超同步調速系統采用主繞組磁場定向矢量控制，選取d-q-n參考坐標d軸的方向與主繞組總磁鏈的方向一致，則主繞組磁鏈僅有d軸分量，而q軸分量為零，在此條件下無刷雙饋電機的電磁轉矩(電磁功率)和無功功率可分別由副繞組電流的有功分量和無功分量進行解耦控制，可使無刷雙饋電機超同步調速系統具有良好的動態特性。

參見圖6和圖7所示，本發明無刷雙饋電機超同步調速系統采用的另一種控制方法是電機的直接轉矩控制，其工作原理如下：

利用d-q同步旋轉坐標系統中的無刷雙饋電機磁鏈方程(2)解得用磁鏈表示的i_q2和i_d2表達式，然后將其代入式(3)，可得用主副繞組磁鏈表示的電磁轉矩表達式(6)：

顯然(6)式右端可用主副繞組磁鏈矢量ψ₁和ψ₂的叉積表示，即

式中p₁和p₂分別為主副繞組的極對數；L₁、L₂和L_m為主、副繞組的自感和互感；|ψ₁|和|ψ₂|分別為主、副繞組磁鏈矢量的模，δ為主、副繞組磁鏈矢量之間的夾角；由于主繞組用固定幅值和頻率的電源供電，故電壓u₁的幅值不變，主繞組電阻壓降相對于主繞組電壓很小，因此可認為主繞組磁鏈幅值基本不變；由(7)式可以看出：如果能使副繞組磁鏈的幅值不變，則可通過控制主副繞組磁鏈的夾角δ來控制電機的轉矩，因此可將δ稱為轉矩角；只要按照一定規律調整副繞組磁鏈的幅值和轉矩角，就能得到所要求的轉矩；無刷雙饋電機的副繞組通常由電壓源逆變器供電，其簡化接線方式如圖7所示，其中電力電子開關器件用理想開關S_a，S_b，S_c代表。定義S_a＝1表示A相繞組接通電源U_dc，未接通電源S_a＝0；S_b和S_c類似定義；副繞組相電壓瞬時值可表示為：

副繞組磁鏈與電壓的關系為：

ψ₂＝∫(u₂-r₂i₂)dt (9)

如忽略副繞組電阻壓降的影響，并將(9)式進行離散化處理，則副繞組磁鏈矢量可表示為：

ψ₂＝u₂Δt+ψ₂₀ (10)

式(10)中ψ₂和u₂分別為t時刻的副繞組磁鏈和電壓矢量，ψ₂₀為t₀時刻副繞組磁鏈，Δt＝t–t₀；上述矢量之間的關系如圖8所示，可以看出，通過適當選取副繞組電壓矢量以及時間間隔Δt，便可控制副繞組磁鏈的幅值以及副繞組磁鏈矢量與主繞組磁鏈矢量之間的夾角δ，即控制電機的電磁轉矩。副繞組電壓矢量的選取是通過S_a，S_b，S_c三個開關來實現的，可有8種不同的配置模式，即產生8種電壓矢量：u₂(0,0,0)，u₂(0,0,1)，u₂(0,1,0)，u₂(0,1,1)，u₂(1,0,0)，u₂(1,0,1)，u₂(1,1,0)，u₂(1,1,1)；其中，u₂(1,1,1)和u₂(0,0,0)分別代表三相同時接到正電源和負電源，此時副繞組的相電壓為零，故實際上的非零電壓矢量只有六種，其空間矢量關系如圖9所示，其中兩個零矢量電壓為坐標原點。副繞組電壓矢量選取需要知道副繞組的功率流向，在超同步速電動機運行方式下副繞組吸收有功功率，副繞組電壓和電流矢量的夾角小于90°，而亞同步速時副繞組輸出有功功率，副繞組電壓和電流矢量的夾角大于90°，因此可以根據電壓電流矢量夾角的關系選取副繞組電壓矢量；附圖10為副繞組磁鏈、電壓和電流矢量的空間關系示意圖，在超同步速運行時，要使副繞組電壓與電流矢量間的夾角小于90°，對于圖10中副繞組電流矢量i₂的位置角，應選取u₂(0,0,1)，u₂(0,1,1)，u₂(0,1,0)中的一個電壓矢量。

以下結合圖6說明無刷雙饋電機超同步調速直接轉矩控制策略的實現方法。

①電機速度給定值n^*與速度反饋值n相比較得到的速度差值經速度調節器27后形成轉矩的給定值

②轉矩實際值T_e可用主副繞組電壓電流測量值經過坐標轉換器19、磁鏈計算器26和轉矩計算器28求得；

③轉矩給定值與實際值T_e相比較后經轉矩調節器30送給副繞組電壓矢量選擇器32；

④副繞組磁鏈幅值│ψ₂│可根據副繞組電壓電流測量值經過坐標轉換器19、磁鏈幅值計算器29求得，與磁鏈幅值給定值│ψ^*₂│相比較后通過磁鏈調節器31送至副繞組電壓矢量選擇器32；

⑤副繞組電流矢量角θ₂可根據副繞組電壓電流測量值經過坐標轉換器19、電流矢量計算器26求得，然后送至副繞組電壓矢量選擇器32；

⑥副繞組電壓矢量選擇器32可根據副繞組磁鏈幅值和轉矩增減的要求，決定所選用的副繞組電壓矢量。

本發明所述無刷雙饋電機超同步調速系統采用的直接轉矩控制策略，可通過適當選取副繞組電壓矢量以及時間間隔，便可控制副繞組磁鏈的幅值及轉矩角，即直接控制電機的轉矩；直接轉矩控制解決了磁場定向矢量控制中復雜計算與控制特性易受電機參數變化影響的問題，具有系統結構簡單、轉矩響應快及魯棒性好等優點。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。