采用零矢量對PMSM DTC 的改進(jìn)

0 引言

永磁同步電機具有體積小、重量輕、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)，在機械和家電制品中應用較多，在電傳動(dòng)系統中也獲得了廣泛的應用，在日本和德國還進(jìn)行了將其作為下一代電力機車(chē)的牽引電機的相關(guān)研究。傳統的永磁同步電機的直接轉矩控制的基本思想是保持磁鏈恒定，通過(guò)控制功角來(lái)實(shí)現對轉矩的控制。由于零電壓矢量對功角的影響小，所以在傳統的直接轉矩控制中沒(méi)有采用零矢量，實(shí)際上可以利用零矢量的這一特點(diǎn)來(lái)減小轉矩脈動(dòng)。

1 采用零矢量的新型永磁同步電機直接轉矩控制

1.1 PMSM 直接轉矩控制的數學(xué)模型

永磁同步電機中的磁鏈、電流和電壓的矢量關(guān)系如圖1 所示。其中dq 坐標系為固定在轉子上的旋轉坐標系，轉子磁鏈鬃f 方向與d 軸方向相同;DQ坐標系為固定在定子上的坐標系，定子磁鏈鬃s方向與D軸方向相同。定、轉子磁鏈夾角啄為功角。

由上式可知，保持定子磁鏈恒定，電機的電磁轉矩只與功角有關(guān)，因此控制功角的大小就可以達到控制輸出轉矩的目的[2]。

1.2 采用零矢量的改進(jìn)型直接轉矩控制

因為零矢量對永磁同步電機的功角影響小，在傳統的直接轉矩控制中并沒(méi)有被采用，根據文獻[3]可知引入零矢量，可以減小功角的變化量，實(shí)現轉矩脈動(dòng)的減小。

圖2 是一個(gè)控制周期內，在永磁同步電機旋轉速度為棕時(shí)的轉矩角變化的示意圖。

1.3 與空間電壓矢量調制直接轉矩控制的區別

傳統的直接轉矩控制，在一個(gè)控制周期內采用了三個(gè)電壓矢量來(lái)合成VREF ，它們的作用時(shí)間根據矢量合成的原理計算而得。在實(shí)施過(guò)程中通常采用七段式的方法，從而使開(kāi)關(guān)頻率很高。

在改進(jìn)的直接轉矩控制方式中，只采用了零矢量和一個(gè)非零矢量，不能合成VREF，電壓矢量的作用時(shí)間是根據功角的變化量計算而得。本方法則先使用非零矢量，然后采用零矢量，盡量降低逆變器的開(kāi)關(guān)頻率。

3 結語(yǔ)

本文介紹了一種采用零矢量來(lái)改進(jìn)永磁同步電機直接轉矩控制性能的方法，給出了作用時(shí)間的計算公式，使得轉矩角在一個(gè)控制周期內得到精確的控制。經(jīng)過(guò)理論分析和仿真驗證，該方法有效地降低了轉矩脈動(dòng)，電機的速度曲線(xiàn)也更加平滑，且與空間電壓矢量調制的直接轉矩控制相比，具有控制方法簡(jiǎn)單、運算量小及開(kāi)關(guān)頻率低的優(yōu)點(diǎn)。