本文針對傳統(tǒng)兩電平SVPWM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，介紹了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與優(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、諧波分量少、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。

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以及轉(zhuǎn)矩與磁鏈幅值的誤差信號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。

圖1-2感應電機DTC系統(tǒng)開關表

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 電機轉(zhuǎn)速

1.2 兩電平DTC仿真結(jié)果分析

突加負載后轉(zhuǎn)矩不能快速響應且轉(zhuǎn)矩脈動較大，不能 精確控制在較小范圍內(nèi)，即使在穩(wěn)態(tài)時也有周期性的轉(zhuǎn)矩 波動；定子三相電流諧波分量較大，會使電機發(fā)熱嚴重， 開關損耗大，從而減小了系統(tǒng)的輸出功率，降低控制系統(tǒng) 的效率；磁鏈畸變較嚴重，軌跡偏離標準圓，磁鏈跨越扇 區(qū)分界時還會造成磁鏈跳變，尤其電機啟動時變化幅度 大，不能平滑線性遞增，啟動后脈動嚴重；電機啟動時轉(zhuǎn)速不能立即響應，升速較慢，且超調(diào)較大，達到給定后不 能保持為恒定，在1秒時突加負載時會使轉(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 電機轉(zhuǎn)速

2.2 三電平DTC仿真結(jié)果分析

改進后的控制系統(tǒng)在突加負載后轉(zhuǎn)矩能快速響應，在啟動時也能快速建立。定子磁鏈幾乎能平滑變化，更加接近標準圓，磁鏈跨越扇區(qū)邊界時不再有畸變現(xiàn)象，整體脈動幅度大大降低；電機轉(zhuǎn)速響應快速準確，接近理想情況，啟動時迅速上升，超調(diào)極小，穩(wěn)定后能保持完全恒定，精度高，特別顯著的是在應對突加負載時有相當強的 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負載造成的 不良影響。定子三相電流更加接近標準正弦波，諧波分量小，體現(xiàn)了開關頻率的相對穩(wěn)定，因此開關管損耗和電機發(fā)熱問題會得到有效解決，系統(tǒng)效率將應之提高。

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。