基于矢量细分的永磁同步电机直接转矩控制研究

孙驷洲,陆华才,孟樱

(安徽工程科技学院 安徽省电气传动与控制重点实验室,安徽 芜湖 241000)

1 引言

永磁同步电机(PMSM)因其转子转动惯量小、响应速度快、效率高,在要求高性能伺服领域中得到了广泛应用[1]。当今对PMSM的交流调速一般采用矢量控制或直接转矩控制(DTC)[2]。直接转矩控制系统是在定子坐标系下计算并控制定子磁链和转矩,通过磁链和转矩来实现系统高动态性能,避免了矢量控制中的两次坐标变换以及求矢量的模和相角的复杂计算,该算法比矢量控制简单、转矩响应快[3]。但是,采用传统直接转矩控制系统的电压型逆变器只能输出6个工作电压矢量和2个零电压矢量,由于可利用的电压矢量数目少,使得在选择电压时电压跳动大,造成磁链和转矩脉动较大[4]。针对此种情况,本文提出一种基于矢量细分的PMSM直接转矩控制方法,将原6个电压矢量和6个磁链扇区细分成12个电压矢量和12个磁链扇区,选择逆变器的开关状态,提高系统的性能和系统的响应速度。

2 传统的直接转矩实现方法

在对永磁同步电机直接转矩控制分析中,得出电磁转矩公式如下[4]:

式中:Te为电磁转矩;Ψs,Ψf分别为定转子磁链;Ld,Lq分别为d,q轴电感;δ为功率角,np为极对数。

为了简化分析,本文讨论同步旋转坐标系下,隐极式永磁同步电机,即Ld=Lq,忽略因凸极效应引起的磁阻转矩[5],则电磁转矩公式简化如下:

永磁同步电机电磁转矩与转矩角变化关系为

由式(3)可知,在保持定子磁链幅值恒定时,可通过改变转矩角来控制转矩。……