多电平技术在直接转矩控制系统中的应用研究
来源： 作者： 发布时间：2015-05-02 09:35:08 浏览量：摘要：多电平逆变器在直接转矩控制系统中，插件电感对减小转矩脉动有积极作用，但中点电位稳定与否，对系统运行的可靠性带来很大影响。这里提差模电感器出一种电压矢量的合成方法，既能实现直接转矩控制，又能控制中点电压稳定，对分析结论进行了程序仿真和实际装置实验，结果都证明该方法有效。
关键词：逆变器；三电平；直接转矩控制；转矩脉动
1 引言
作为一种先进的控制方法，直接转矩控制结构简单，动态性能优良，但是也存在比较突出的问题，即转矩脉动较大。针对该问题，近年来，学者们提出了许多方法，如空间电压矢量的优化处理，采用无速度传感器运行，改进磁链观测技术，完善控制方式等。这里则是利用多电平技术，细化空间电压矢量，通过降低磁链的谐波，从而减小转矩的脉动量。
2 多电平逆变技术
经过几十年的发展，二极管箝位型多电平逆变器技术已受到越来越多的关注，多电平逆变器较传统的两点平逆变器而言，具有更多的空间电压状态矢量，这样逆变器的整个空间电压矢量平面就可进行细分，在很大程度上能够减小转矩波动与磁链误差。但随着电平数增多，优化矢量表的复杂程度也急剧增加，同时二极管箝位三电平逆变器的中点电压一体成型电感平衡也是一个难点，给直接转矩控制在多电平电路上的应用带来了很多困难。图1示出二极管箝位三电平逆变器。
两电平逆变器每相只有两种开关状态，而三电平逆变器每相则有3种开关状态，这样就有33即27个开关状态组合，其中有6个长矢量(1 -1-1)，(1 1 -1)，(-1 1 -1)，(-1 1 1)，(-1 -1 1)，(1 -1 1)；6个中矢量(1 0 -1)，(0 1 -1)，(-1 10)，(-1 0 1)，(0 -1 1)，(1 -1 0)；12个，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)，还有3个零矢量(0 0 0)，(1 1 1)，( -1 -1 -1)。图2示出三电平逆变器电压空间矢量分布。
与两电平逆变器类似，通过Park矢量变换可写出电压空间矢量的数学表达式为：
式中：uAN，uBN，uCN为逆变器三相输出与负载中点之间的相电压；uAO，uBO，uCO为三相输出与逆变器直流侧中点之间的电压。
通常，电源中点与负载中点间的电位不同。
3 三电平逆变电路的中点电位稳定
对于二极管筘位三电平逆变器而言，其结构简单，便于系统实现，但最大弊端在于直流侧的两个电容电压不稳定，致使某些开关器件承受的反向压降出现不均衡，严重影响逆变器的性能。图3为三电平逆变器的等效开关模型图。
当某一相工作在0开关状态时，其中点就与负载相连，必然就有电流流入或流出，中点电压也就会发生相应变化。对于中点Q，根据基尔霍夫电流定律，中点电流为：
可变电感器iQ=iC1+iC2 (2)
由于Udc(Udc=uC1+uC2)为一定值，因此在uC1增大的同时，uC2必然减小，反之亦然，并且C1=C2，则iC1=iC2=iQ／2。那么当iQ>0时，C1充电，uC1增大，相应的C2放电，uC2减小；当iQ<0时，C1放电，uC1减小，相应的C2充电，uC2增大。而Q点相对于假想电源中点O的电位UQO=(uC2-uC1)／2，因此iQ>0，中点电位下降，iQ<0，中点电位上升。
对于每一种长矢量，输出接直流母线的正端和负端，没有与中点相连的情况，因此，iQ=0，对中点电压不会产生影响。而对于中矢量，由于总有一相与中点相连，中点流过相应相的电流，中点电压发生相应变化。对于成对出现的小矢量，以长矢量(1 -1 -1)方向相关的(1 0 0)和(0 -1 -1)为例来进行说明。
小矢量(1 0 0)作用时，电机的b相和c相与Q点相连，此时iQ=ib+ic。由于三相异步电机正常工作时三相电流ia+ib+ic=0，此时流过中点的电流可用-ia来表示。小矢量(0 -1 -1)作用时，电机的a相与Q点相连，这时iQ=ia。可见，这两个小矢量都会对中点电压产生影响，并且作用是反相的，当一个矢量使中点电压增加(称为正小矢量)时，另一个必然会使其减小(称为负小矢量)。对于其他的电压矢量，用同样的分析方法可以得到。经过分析可知，零矢量和长矢量作用时，iQ=0，即不会对中点电压产生影响。成对出现的小矢量对iQ的作用是相反的，在控制中可以利用这一点来对中点电压进行控制。
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这是原始电路：
uc3842_fb_org
这是我调整之后的电路：
uc3842_
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