導讀：本期文章介紹感應電機傳統(tǒng)三電平12扇區(qū)的直接轉(zhuǎn)矩控制。針對兩電平直接轉(zhuǎn)矩控制在高速時驅(qū)動功率不足和轉(zhuǎn)矩脈動大的問題，從而引進三電平來進行改善。

一、引言

為了解決兩電平傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動大、響應慢和驅(qū)動功率不足的問題，本節(jié)介紹三電平逆變器的原理及其應用于異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制的具體方法，通過MATLAB仿真驗證了其可行性和優(yōu)越性，結(jié)果顯示該控制方法具有動態(tài)響應快、抗擾性強、轉(zhuǎn)矩脈動小、諧波分量小、開關頻率穩(wěn)定等優(yōu)點，對提高異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的性能以及減小開關管的損耗有一定的成效。

圖1-2 感應電機三電平12扇區(qū)的直接轉(zhuǎn)矩控制框圖

二、兩電平直接轉(zhuǎn)矩控制

圖2-1 兩電平逆變器電壓矢量

兩電平的直接轉(zhuǎn)矩控制產(chǎn)生8個電壓矢量，其中有兩個零矢量用于減速或延時。這種控制方法比較粗糙不精確，尤其在定子磁鏈由某一扇區(qū)運動到零一扇區(qū)時，磁鏈軌跡會明顯脫離標準圓形軌跡，使磁鏈軌跡畸變，從而導致定子電流的突變，引起電磁轉(zhuǎn)矩的脈動，若電機高速運行則會造成轉(zhuǎn)軸的抖動，同時發(fā)生較大的噪聲，嚴重的會使電機線圈內(nèi)的電流反復跳變，影響系統(tǒng)運行。

圖2-2 磁鏈圓軌跡

圖2-3 仿真波形變化情況

從圖（2-2）和（2-3）可知，磁鏈圓軌跡畸變和電磁轉(zhuǎn)矩的脈動比較大。

三、三電平直接轉(zhuǎn)矩控制

圖3-1 三電平逆變器拓撲原理圖

圖3-2 三電平逆變器的電壓矢量

從圖（3-2）可知，三電平逆變器有27個電壓矢量。與傳統(tǒng)的兩電平逆變器相比，在三電平逆變器中，電壓矢量為27，遠遠大于兩電平的矢量數(shù)8，所以矢量選擇范圍更廣，能夠更好地逼近正弦磁鏈，控制電機獲得更好的控制性能。

圖3-3 異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真（三電平12扇區(qū)）

圖3-4 12扇區(qū)

圖3-5 磁鏈圓軌跡

圖3-6 仿真波形變化情況

從圖（3-5）和（3-6）可知，磁鏈圓軌跡畸變和電磁轉(zhuǎn)矩的脈動比較小。

四、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，并進行了仿真，證實了其存在的不足。針對其不足引入了三電平逆變器，闡述了控制策略，分析了其整個控制過程，并通過仿真驗證了三電平多矢量控制對諧波抑制及減小轉(zhuǎn)矩脈動的有效性和應用于大功率非恒轉(zhuǎn)矩負載的實用性，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。

審核編輯：湯梓紅