多電平技術在直接轉矩控制系統中的應用研究

摘要：多電平逆變器在直接轉矩控制系統中，對減小轉矩脈動有積極作用，但中點電位穩定與否，對系統運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，既能實現直接轉矩控制，又能控制中點電壓穩定，對分析結論進行了程序仿真和實際裝置實驗，結果都證明該方法有效。

關鍵詞：逆變器；三電平；直接轉矩控制；轉矩脈動

1 引言

作為一種先進的控制方法，直接轉矩控制結構簡單，動態性能優良，但是也存在比較突出的問題，即轉矩脈動較大。針對該問題，近年來，學者們提出了許多方法，如空間電壓矢量的優化處理，采用無速度傳感器運行，改進磁鏈觀測技術，完善控制方式等。這里則是利用多電平技術，細化空間電壓矢量，通過降低磁鏈的諧波，從而減小轉矩的脈動量。

2 多電平逆變技術

經過幾十年的發展，二極管箝位型多電平逆變器技術已受到越來越多的關注，多電平逆變器較傳統的兩點平逆變器而言，具有更多的空間電壓狀態矢量，這樣逆變器的整個空間電壓矢量平面就可進行細分，在很大程度上能夠減小轉矩波動與磁鏈誤差。但隨著電平數增多，優化矢量表的復雜程度也急劇增加，同時二極管箝位三電平逆變器的中點電壓平衡也是一個難點，給直接轉矩控制在多電平電路上的應用帶來了很多困難。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狀態，而三電平逆變器每相則有3種開關狀態，這樣就有33即27個開關狀態組合，其中有6個長矢量(1 -1-1)，(1 1 -1)，(-1 1 -1)，(-1 1 1)，(-1 -1 1)，(1 -1 1)；6個中矢量(1 0 -1)，(0 1 -1)，(-1 10)，(-1 0 1)，(0 -1 1)，(1 -1 0)；12個，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學表達式為：

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

通常，電源中點與負載中點間的電位不同。