多電平技術(shù)在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

摘要：多電平逆變器在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，對減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有積極作用，但中點(diǎn)電位穩(wěn)定與否，對系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性帶來很大影響。這里提出一種電壓矢量的合成方法，既能實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制，又能控制中點(diǎn)電壓穩(wěn)定，對分析結(jié)論進(jìn)行了程序仿真和實(shí)際裝置實(shí)驗(yàn)，結(jié)果都證明該方法有效。

關(guān)鍵詞：逆變器；三電平；直接轉(zhuǎn)矩控制；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

1 引言

作為一種先進(jìn)的控制方法，直接轉(zhuǎn)矩控制結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良，但是也存在比較突出的問題，即轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大。針對該問題，近年來，學(xué)者們提出了許多方法，如空間電壓矢量的優(yōu)化處理，采用無速度傳感器運(yùn)行，改進(jìn)磁鏈觀測技術(shù)，完善控制方式等。這里則是利用多電平技術(shù)，細(xì)化空間電壓矢量，通過降低磁鏈的諧波，從而減小轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)量。

2 多電平逆變技術(shù)

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，二極管箝位型多電平逆變器技術(shù)已受到越來越多的關(guān)注，多電平逆變器較傳統(tǒng)的兩點(diǎn)平逆變器而言，具有更多的空間電壓狀態(tài)矢量，這樣逆變器的整個(gè)空間電壓矢量平面就可進(jìn)行細(xì)分，在很大程度上能夠減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)與磁鏈誤差。但隨著電平數(shù)增多，優(yōu)化矢量表的復(fù)雜程度也急劇增加，同時(shí)二極管箝位三電平逆變器的中點(diǎn)電壓平衡也是一個(gè)難點(diǎn)，給直接轉(zhuǎn)矩控制在多電平電路上的應(yīng)用帶來了很多困難。圖1示出二極管箝位三電平逆變器。

兩電平逆變器每相只有兩種開關(guān)狀態(tài)，而三電平逆變器每相則有3種開關(guān)狀態(tài)，這樣就有33即27個(gè)開關(guān)狀態(tài)組合，其中有6個(gè)長矢量(1 -1-1)，(1 1 -1)，(-1 1 -1)，(-1 1 1)，(-1 -1 1)，(1 -1 1)；6個(gè)中矢量(1 0 -1)，(0 1 -1)，(-1 10)，(-1 0 1)，(0 -1 1)，(1 -1 0)；12個(gè)，小矢量(0 -1 -1)，(1 0 0)，(0 0 -1)，(1 1 0)，(0 1 0)，(-1 0 -1)，(-1 0 0)，(0 1 1)，(-1 -1 0)，(0 01)，(0 -1 0)，(1 0 1)，還有3個(gè)零矢量(0 0 0)，(1 1 1)，( -1 -1 -1)。圖2示出三電平逆變器電壓空間矢量分布。

與兩電平逆變器類似，通過Park矢量變換可寫出電壓空間矢量的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：uAN，uBN，uCN為逆變器三相輸出與負(fù)載中點(diǎn)之間的相電壓；uAO，uBO，uCO為三相輸出與逆變器直流側(cè)中點(diǎn)之間的電壓。

通常，電源中點(diǎn)與負(fù)載中點(diǎn)間的電位不同。