采用零矢量對(duì)PMSM DTC 的改進(jìn)

0 引言

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

1 采用零矢量的新型永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制

1.1 PMSM 直接轉(zhuǎn)矩控制的數(shù)學(xué)模型

永磁同步電機(jī)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(biāo)系為固定在轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)子磁鏈鬃f 方向與d 軸方向相同;DQ坐標(biāo)系為固定在定子上的坐標(biāo)系，定子磁鏈鬃s方向與D軸方向相同。定、轉(zhuǎn)子磁鏈夾角啄為功角。

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

1.2 采用零矢量的改進(jìn)型直接轉(zhuǎn)矩控制

因?yàn)榱闶噶繉?duì)永磁同步電機(jī)的功角影響小，在傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制中并沒有被采用，根據(jù)文獻(xiàn)[3]可知引入零矢量，可以減小功角的變化量，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的減小。

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

1.3 與空間電壓矢量調(diào)制直接轉(zhuǎn)矩控制的區(qū)別

傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制，在一個(gè)控制周期內(nèi)采用了三個(gè)電壓矢量來合成VREF ，它們的作用時(shí)間根據(jù)矢量合成的原理計(jì)算而得。在實(shí)施過程中通常采用七段式的方法，從而使開關(guān)頻率很高。

在改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)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(jù)功角的變化量計(jì)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(guān)頻率。

3 結(jié)語

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