采用零矢量對PMSM DTC 的改進

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，在機械和家電制品中應用較多，在電傳動系統(tǒng)中也獲得了廣泛的應用，在日本和德國還進行了將其作為下一代電力機車的牽引電機的相關研究。傳統(tǒng)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，通過控制功角來實現(xiàn)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(tǒng)的直接轉矩控制中沒有采用零矢量，實際上可以利用零矢量的這一特點來減小轉矩脈動。

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模型

永磁同步電機中的磁鏈、電流和電壓的矢量關系如圖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，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(tǒng)的直接轉矩控制中并沒有被采用，根據文獻[3]可知引入零矢量，可以減小功角的變化量，實現(xiàn)轉矩脈動的減小。

圖2 是一個控制周期內，在永磁同步電機旋轉速度為棕時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(qū)別

傳統(tǒng)的直接轉矩控制，在一個控制周期內采用了三個電壓矢量來合成VREF ，它們的作用時間根據矢量合成的原理計算而得。在實施過程中通常采用七段式的方法，從而使開關頻率很高。

在改進的直接轉矩控制方式中，只采用了零矢量和一個非零矢量，不能合成VREF，電壓矢量的作用時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關頻率。

3 結語

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