本文針對(duì)傳統(tǒng)兩電平SVPWM直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、響應(yīng)慢和驅(qū)動(dòng)功率不足的問題，介紹了三電平逆變器的原理及其應(yīng)用于異步電 機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的具體方法，通過Matlab仿真驗(yàn)證了其可行性與優(yōu)越性，結(jié)果顯示該控制方法具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗擾性強(qiáng)、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 小、諧波分量少、開關(guān)頻率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提高異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的性能以及減小開關(guān)管的損耗有一定的成效。

一、傳統(tǒng)DTC原理介紹和仿真分析

1.1 DTC原理及仿真

圖1-1 直接轉(zhuǎn)矩控制框圖

DTC基于定子磁鏈的位置信號(hào)以及轉(zhuǎn)矩與磁鏈幅值的誤差信號(hào)直接離線查找矢量表，并將所選擇的電壓矢量通過變頻器作用于電機(jī)。

圖1-2感應(yīng)電機(jī)DTC系統(tǒng)開關(guān)表

圖1-3 DTC整體仿真

圖1-4 定子磁鏈圓軌跡

圖1-5 DTC下的電機(jī)轉(zhuǎn)矩

圖1-6 磁鏈扇區(qū)

圖1-7 定子A相電流

圖1-8 定子A相電流FFT分析

圖1-9 電機(jī)轉(zhuǎn)速

1.2 兩電平DTC仿真結(jié)果分析

突加負(fù)載后轉(zhuǎn)矩不能快速響應(yīng)且轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，不能 精確控制在較小范圍內(nèi)，即使在穩(wěn)態(tài)時(shí)也有周期性的轉(zhuǎn)矩 波動(dòng)；定子三相電流諧波分量較大，會(huì)使電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重， 開關(guān)損耗大，從而減小了系統(tǒng)的輸出功率，降低控制系統(tǒng) 的效率；磁鏈畸變較嚴(yán)重，軌跡偏離標(biāo)準(zhǔn)圓，磁鏈跨越扇 區(qū)分界時(shí)還會(huì)造成磁鏈跳變，尤其電機(jī)啟動(dòng)時(shí)變化幅度 大，不能平滑線性遞增，啟動(dòng)后脈動(dòng)嚴(yán)重；電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速不能立即響應(yīng)，升速較慢，且超調(diào)較大，達(dá)到給定后不 能保持為恒定，在1秒時(shí)突加負(fù)載時(shí)會(huì)使轉(zhuǎn)速突變，抗擾性較弱。

二、三電平DTC原理介紹和仿真分析

2.1 三電平DTC原理及仿真

圖2-1三電平逆變器原理圖

圖2-2 三電平逆變器電壓矢量圖

圖2-3 三電平SVPWM模塊整體框圖

圖2-4 三電平DTC整體仿真

圖2-5 定子磁鏈圓軌跡

圖2-6 DTC下的電機(jī)轉(zhuǎn)矩

圖2-7 磁鏈扇區(qū)

圖2-8 定子A相電流

圖2-9 定子A相電流FFT分析

圖2-10 電機(jī)轉(zhuǎn)速

2.2 三電平DTC仿真結(jié)果分析

改進(jìn)后的控制系統(tǒng)在突加負(fù)載后轉(zhuǎn)矩能快速響應(yīng)，在啟動(dòng)時(shí)也能快速建立。定子磁鏈幾乎能平滑變化，更加接近標(biāo)準(zhǔn)圓，磁鏈跨越扇區(qū)邊界時(shí)不再有畸變現(xiàn)象，整體脈動(dòng)幅度大大降低；電機(jī)轉(zhuǎn)速響應(yīng)快速準(zhǔn)確，接近理想情況，啟動(dòng)時(shí)迅速上升，超調(diào)極小，穩(wěn)定后能保持完全恒定，精度高，特別顯著的是在應(yīng)對(duì)突加負(fù)載時(shí)有相當(dāng)強(qiáng)的 抗擾性和自適性，而且?guī)缀醪划a(chǎn)生速度降落，產(chǎn)生的微小速降變化快速，將很大程度地減小速度變化對(duì)負(fù)載造成的 不良影響。定子三相電流更加接近標(biāo)準(zhǔn)正弦波，諧波分量小，體現(xiàn)了開關(guān)頻率的相對(duì)穩(wěn)定，因此開關(guān)管損耗和電機(jī)發(fā)熱問題會(huì)得到有效解決，系統(tǒng)效率將應(yīng)之提高。

三、總結(jié)

本文敘述了兩電平傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制的控制原理，并進(jìn)行了仿真，證實(shí)了其存在的不足。針對(duì)其不足引入了三 電平逆變器，闡述了控制策略，分析了其整個(gè)控制過程，并通過仿真驗(yàn)證了三電平多矢量控制對(duì)諧波抑制及減小 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的有效性和應(yīng)用于大功率非恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的實(shí)用性，較為顯著地提高了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的抗擾性和控制精度。