采用零矢量改进永磁同步电机直接转矩控制性能

     引 言 

      永磁同步电机具有体积小、重量轻、功率密度大等优点，在机械和家电制品中应用较多，在电传动系统中也获得了广泛的应用，在日本和德国还进行了将其作为下一代电力机车的牵引电机的相关研究。传统的永磁同步电机的直接转矩控制的基本思想是保持磁链恒定，通过控制功角来实现对转矩的控制。由于零电压矢量对功角的影响小，所以在传统的直接转矩控制中没有采用零矢量，实际上可以利用零矢量的这一特点来减小转矩脉动。

1  采用零矢量的新型永磁同步电机直接转矩控制

1.1 PMSM 直接转矩控制的数学模型
永磁同步电机中的磁链、电流和电压的矢量关系如图1 所示。其中dq 坐标系为固定在转子上的旋转坐标系，转子磁链鬃f 方向与d 轴方向相同；DQ坐标系为固定在定子上的坐标系，定子磁链鬃s方向与D轴方向相同。定、转子磁链夹角啄为功角。

由上式可知，保持定子磁链恒定，电机的电磁转矩只与功角有关，因此控制功角的大小就可以达到控制输出转矩的目的[2]。
1.2 采用零矢量的改进型直接转矩控制
因为零矢量对永磁同步电机的功角影响小，在传统的直接转矩控制中并没有被采用，根据文献[3]可知引入零矢量，可以减小功角的变化量，实现转矩脉动的减小。
图2 是一个控制周期内，在永磁同步电机旋转速度为棕时的转矩角变化的示意图。

1.3 与空间电压矢量调制直接转矩控制的区别

传统的直接转矩控制，在一个控制周期内采用了三个电压矢量来合成VREF ，它们的作用时间根据矢量合成的原理计算而得。在实施过程中通常采用七段式的方法，从而使开关频率很高。
在改进的直接转矩控制方式中，只采用了零矢量和一个非零矢量，不能合成VREF，电压矢量的作用时间是根据功角的变化量计算而得。本方法则先使用非零矢量，然后采用零矢量，尽量降低逆变器的开关频率。

3  结语

     本文介绍了一种采用零矢量来改进永磁同步电机直接转矩控制性能的方法，给出了作用时间的计算公式，使得转矩角在一个控制周期内得到精确的控制。经过理论分析和仿真验证，该方法有效地降低了转矩脉动，电机的速度曲线也更加平滑，且与空间电压矢量调制的直接转矩控制相比，具有控制方法简单、运算量小及开关频率低的优点。

作者简介：

    毕升（1984-），男，在读硕士。

参考文献：

    [1] 唐任远. 现代永磁电机理论与设计[M]. 北京：机械工业出版社，1997.
[2] 田淳，胡育文. 永磁同步电机直接转矩控制系统理论及控制方案的研究[J]. 电工技术学报，2002，17（1）.
[3] 王宝仁，张承瑞，贾磊.永磁同步电机低脉动直接转矩控制建模与仿真[J]. 电机与控制学报，2007，11（3）.
[4] 贾洪平，贺益康. 永磁同步电机直接转矩控制中零矢量的作用研究[J]. 电气传动，2006 ，36（4）.
[5] 高超. 永磁同步电机SVMDTC 系统的研究[D] .兰州：兰州理工大学，2007.

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