基于諧波電流抑制的雙三相PMSM容錯(cuò)型直接轉(zhuǎn)矩控制

馬超群，張志鋒

(沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110870)

0 引 言

在新能源高速發(fā)展的時(shí)代，各大工業(yè)企業(yè)對(duì)于電機(jī)控制精度的標(biāo)準(zhǔn)在不斷提高。為了滿(mǎn)足客戶(hù)的需求，多相電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以提供更高的性能，在容錯(cuò)能力和可靠性方面運(yùn)用先進(jìn)的算法也可以提供一定的保障[1-2]。與三相電機(jī)相比較而言，六相電機(jī)的控制系統(tǒng)在低壓大功率輸出方面有更明顯的優(yōu)勢(shì)，它夠減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)并提高系統(tǒng)的性能，具有良好的容錯(cuò)性能，同時(shí)多相電機(jī)提供了更多的控制資源[3-5]。

容錯(cuò)控制和直接轉(zhuǎn)矩控制(以下簡(jiǎn)稱(chēng)DTC)是電機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)，文獻(xiàn)[6]介紹了傳統(tǒng)DTC的基本原理，并總結(jié)了與DTC改進(jìn)后的技術(shù)與算法。針對(duì)雙三相永磁同步電機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PMSM)傳統(tǒng)DTC中存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流諧波大的問(wèn)題，文獻(xiàn)[7]利用合成虛擬矢量和占空比相結(jié)合的方法，有效減少了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流諧波的問(wèn)題，但此方法不能使兩個(gè)問(wèn)題共同得到最好的解決。文獻(xiàn)[8]進(jìn)行了六相PMSM一相開(kāi)路后的容錯(cuò)研究，針對(duì)缺相后電壓和轉(zhuǎn)矩中的5次諧波擾動(dòng)，采用電壓前饋補(bǔ)償?shù)姆绞?，減少了電流諧波含量。文獻(xiàn)[9]基于重構(gòu)的虛擬變量，研究了六相PMSM一相開(kāi)路后磁鏈和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，基于剩余五相逆變橋臂開(kāi)關(guān)組合對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響，給出了最優(yōu)控制策略。文獻(xiàn)[10]針對(duì)五相PMSM缺相后轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變大的問(wèn)題，對(duì)缺相后的定子磁鏈進(jìn)行了修正，使故障前后磁鏈在平面上有相同圓形磁鏈軌跡，根據(jù)重構(gòu)后電壓矢量的幅值及相位，設(shè)計(jì)新的開(kāi)關(guān)表，此開(kāi)關(guān)表在電機(jī)故障前后均可使用，不僅避免了故障后電機(jī)的重構(gòu)，而且對(duì)電機(jī)故障后的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)起到了一定的抑制作用。五相電機(jī)一相開(kāi)路后，剩余電壓矢量的數(shù)量較少，不能較好地利用合成虛擬電壓矢量在電機(jī)缺相后對(duì)存在的電流諧波問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。本文在此基礎(chǔ)上利用六相電機(jī)在缺相后也有豐富的電壓矢量的特點(diǎn)，利用合成矢量的方法對(duì)諧波進(jìn)行削減。

本文針對(duì)雙三相PMSM的DTC系統(tǒng)中出現(xiàn)的一相開(kāi)路故障，由空間解耦得到故障后的靜止坐標(biāo)系，根據(jù)坐標(biāo)系得到一相開(kāi)路后的矢量分布，剩余32個(gè)電壓矢量，利用虛擬矢量合成的方法，制作出新的開(kāi)關(guān)表，新的開(kāi)關(guān)表在電機(jī)故障前后均適用；同時(shí)在故障前后共用開(kāi)關(guān)表的基礎(chǔ)上加入了虛擬電壓矢量合成的思想，與利用原始矢量做的共用開(kāi)關(guān)表相比，一定程度上減小了電流諧波，并減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

1 F相開(kāi)路故障下的雙三相PMSM數(shù)學(xué)建模

1.1 數(shù)學(xué)建模及矩陣的確定

假設(shè)電機(jī)F相發(fā)生開(kāi)路故障，則故障狀態(tài)下的電壓和磁鏈方程在自然坐標(biāo)系下可以寫(xiě)成：

(1)

ψs=Ls(θ)is+γ(θ)ψfd

(2)

式中：us，ψs，is為定子電壓、定子磁鏈、相電流；Rs，γ(θ)，Ls(θ)為定子電阻、磁鏈系數(shù)矩陣、定子電感；Rs、Ls(θ)為六相矩陣去掉第六列和第六行；ψfd為永磁體磁鏈幅值。

在F相開(kāi)路后，矢量空間解耦的Clarke陣由6×6矩陣變成5×5的矩陣T5s。

(3)

在F相開(kāi)路的情況下，電機(jī)不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行。由矢量空間解耦的規(guī)則可知，要保證變換陣的各矢量正交，在F相開(kāi)路后，先要對(duì)β做相應(yīng)的調(diào)整，保證β和z3的正交性，剩余的基本矢量按照上述方法來(lái)求解。

(4)

故障后且未進(jìn)行修正的矢量空間解耦Clarke矩陣如下：

(5)

雙三相PMSM容錯(cuò)型DTC的系統(tǒng)框圖如圖1所示，主要包括以下三部分：轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)比較器，磁鏈和轉(zhuǎn)矩的估算，容錯(cuò)共用開(kāi)關(guān)表。

圖1 單相開(kāi)路下的容錯(cuò)型DTC系統(tǒng)框圖

結(jié)合系統(tǒng)控制框圖，可將傳統(tǒng)DTC表述為通過(guò)電流傳感器得到電機(jī)相電流iA、iB、iU、iV的數(shù)值。通過(guò)Clarke變換得到相電流在兩相靜止坐標(biāo)系下的分量isα和isβ。通過(guò)轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的估算模塊得到電磁轉(zhuǎn)矩Te和定子磁鏈的幅值ψs以及角度θs。然后將轉(zhuǎn)矩和磁鏈估算值與給定值作差，將得到的誤差輸入到滯環(huán)比較器，得到當(dāng)前轉(zhuǎn)矩和磁鏈的增減信號(hào)。通過(guò)查表的方式選擇符合控制需求的電壓矢量即逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)。最后根據(jù)逆變器不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，輸出相電壓作用于電機(jī)。在發(fā)生一相開(kāi)路的故障時(shí)，電機(jī)不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行，故障后的逆變器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 F相開(kāi)路后的逆變器

本文研究的電機(jī)是雙三相PMSM，電流的分配方式也不一樣，它需要每一套繞組的零序電流為0。本文采用中性點(diǎn)互相隔離的連接方式。缺相后修正的矢量空間解耦Clarke矩陣如下：

(6)

式(6)中，前兩行為α-β子空間即基波平面，即參與電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。第三行為諧波平面，后兩行為零序平面，即后三行不參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，其電流不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。

由于z1、z2、z3的空間電流只與損耗有關(guān)系，只需要對(duì)α-β子空間的電流旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換:

T54r=PT54s

(7)

式中：

(8)

將T54r=PT54s代入電壓方程得到：

(9)

(10)

Te=3p[(3Laad-3Laaq)idiq+iqψfd]

(11)

式中：Laaq和Laad為繞組的q軸和d軸自感；R為定子電阻；Laa1為漏自感；n為轉(zhuǎn)速；p表示極對(duì)數(shù)；id和iq是按式(7)計(jì)算得到的結(jié)果，其中：

(12)

1.2 缺F相后的逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)及幅值分析

(13)

式中：Vα，Vβ為故障后α-β子空間的電壓矢量；Vz為故障后z子空間的電壓矢量。根據(jù)式(13)和逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)可計(jì)算出電壓矢量在α-β子空間和z1子空間的幅值和相位，α-β子空間和z1子空間形成的新空間電壓矢量如圖3、圖4所示。

圖3 缺F相后的α-β基波平面

圖4 缺F相后的z諧波平面

2 故障前后電壓矢量的對(duì)比與分析

2.1 雙三相PMSM缺F相的虛擬矢量合成

經(jīng)過(guò)計(jì)算與研究，利用諧波平面的分布特點(diǎn)并且考慮到電壓利用率問(wèn)題，去合成諧波平面盡可能小的同時(shí)，將電壓利用率最大化，得到電壓利用率較大并且諧波平面較小的電壓矢量。經(jīng)過(guò)計(jì)算得到虛擬合成矢量的幅值及其相位和原始矢量的作用時(shí)間，如表1所示。

表1 缺F相后的虛擬矢量幅值及相位

根據(jù)表1合成的虛擬矢量幅值和相位，可以得到合成后的虛擬合成矢量的分布及其相位。由圖5可知，合成的虛擬電壓矢量由旁邊兩個(gè)原矢量合成且在諧波平面為0。

圖5 F相開(kāi)路后的α-β平面虛擬電壓矢量分布

2.2 故障前后原始矢量的對(duì)比及共用開(kāi)關(guān)表的確定

圖6(a)和圖6(b)分別為雙三相PMSM電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)和缺F相運(yùn)行時(shí)的電壓矢量分布及其相位。每一個(gè)電壓矢量代表著逆變器的一種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，將電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)和缺F相運(yùn)行時(shí)的電壓矢量重新編號(hào)，電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的電壓矢量編號(hào)與電機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)的電壓矢量編號(hào)一一對(duì)應(yīng)，逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)二者相同。逆變器的一相有兩個(gè)橋臂，即上下橋臂，電機(jī)在缺F相運(yùn)行時(shí)的一個(gè)電壓矢量編號(hào)對(duì)應(yīng)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的兩個(gè)電壓矢量開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即電機(jī)正常運(yùn)行逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)為001001和101001(開(kāi)關(guān)順序?yàn)镕DECBA),在F相開(kāi)路后，逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)都變?yōu)?1001，即故障前后逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)未變。

圖6 電壓矢量分布及其相位

根據(jù)故障前后的電壓矢量分布與對(duì)比，將故障前后的基波平面同分為12個(gè)扇區(qū)，每一個(gè)扇區(qū)均為30°，利用六相電機(jī)矢量數(shù)量多且電壓利用率高的特點(diǎn)，加入故障前后開(kāi)關(guān)狀態(tài)不改變的想法，在故障前后用同一個(gè)開(kāi)關(guān)表，也就是在實(shí)際情況中省去了在線切換的步驟，使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速在故障后也能瞬間達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)。

F相發(fā)生開(kāi)路故障后，為了確保開(kāi)關(guān)表能達(dá)到對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的控制要求，得到較好的控制效果，按照如下規(guī)則制作共用開(kāi)關(guān)表，使電機(jī)在故障前后逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和作用時(shí)間都始終相同。在基波平面將扇區(qū)劃分為12個(gè)扇區(qū)，用電壓矢量構(gòu)建共用開(kāi)關(guān)表的步驟如下：

1)已知定子磁鏈的角度和所處扇區(qū)，根據(jù)電壓矢量對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈進(jìn)行誤差控制，找出符合上述要求的一組電壓矢量；

2)在滿(mǎn)足磁鏈和轉(zhuǎn)矩控制要求的一組電壓矢量中，以轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快和電壓利用率高為目標(biāo)，選取一個(gè)電壓矢量作為被控對(duì)象。

在圖5和圖6中，當(dāng)定子磁鏈?zhǔn)噶课挥赟1扇區(qū)時(shí)，假設(shè)φ=1，τ=1，即需要增大定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩，則選取第一象限的電壓矢量，滿(mǎn)足條件的電壓矢量有：V11、V3、V27、V10；此時(shí)以轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和電壓利用率高為目標(biāo)，綜合比較上述4個(gè)電壓矢量，V27對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的誤差控制和電壓利用率方面與其他三個(gè)綜合比較更好，因此選取電壓矢量V27更為合適。其他扇面選取以此類(lèi)推。

當(dāng)φ=1時(shí)，表示定子磁鏈實(shí)際值沒(méi)有給定值大，此時(shí)需要增加磁鏈；當(dāng)φ=-1時(shí)，表示定子磁鏈實(shí)際值比給定值大，此時(shí)需要減小磁鏈。當(dāng)τ=1時(shí)，表示轉(zhuǎn)矩實(shí)際值沒(méi)有給定值大，此時(shí)需要增加轉(zhuǎn)矩；當(dāng)τ=-1時(shí)，表示需要減小轉(zhuǎn)矩。在電機(jī)故障前后利用原始電壓矢量做的共用開(kāi)關(guān)表如表2所示。

表2 故障后原始矢量共用開(kāi)關(guān)表

下面對(duì)表2中參數(shù)進(jìn)一步說(shuō)明。表2中電壓矢量V9、V11、V27分別是電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的電壓矢量和F相開(kāi)路故障后的電壓矢量。為了提高母線電壓利用率，減少電機(jī)損耗，在電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)電壓矢量的選取主要是圖5和圖6中幅值相對(duì)較大的電壓矢量。

2.3 故障前后合成的虛擬矢量對(duì)比分析

圖7中的綠色線和圖8中的紅色線分別為故障前后所合成的在諧波平面為0的虛擬合成矢量。為了延續(xù)上文的故障前后共用一個(gè)開(kāi)關(guān)表和省去在線切換算法步驟的想法，在此基礎(chǔ)上加入合成虛擬矢量，以此來(lái)減小電流諧波，在合成矢量方面，分析了電壓利用率的問(wèn)題。

圖7 正常運(yùn)行時(shí)的虛擬矢量分布

圖8 缺相后的虛擬矢量分布

表3為電機(jī)故障前后虛擬矢量合成前的原始矢量的作用時(shí)間和合成后的虛擬矢量幅值及其相位的對(duì)比。

表3 故障前后原始矢量作用時(shí)間對(duì)比

2.4 故障前后虛擬電壓矢量的優(yōu)化及開(kāi)關(guān)表的確定

為了共用同一個(gè)開(kāi)關(guān)表，需要將故障前后的基波平面都分為12個(gè)扇區(qū)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到了12個(gè)諧波平面為0的虛擬合成矢量的同時(shí)，在選擇矢量方面，由于故障后相應(yīng)的電壓矢量的相位發(fā)生了偏移，同時(shí)以轉(zhuǎn)矩響應(yīng)最快為目標(biāo)，在制作矢量開(kāi)關(guān)表的過(guò)程中，虛擬電壓矢量可利用的個(gè)數(shù)由12個(gè)變成了10個(gè)；為了實(shí)現(xiàn)故障前后各個(gè)原始矢量的作用時(shí)間相同，所以需要對(duì)所選中的10個(gè)虛擬電壓矢量進(jìn)行優(yōu)化，使故障前后原始矢量的作用時(shí)間相同的同時(shí)還要保證輸出平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和磁鏈。表4為優(yōu)化后的10個(gè)虛擬電壓矢量的幅值及其作用時(shí)間。

表4 優(yōu)化后電機(jī)故障前后原始矢量作用時(shí)間對(duì)比

根據(jù)理論計(jì)算，電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，優(yōu)化后的電壓利用率約為0.597；電機(jī)在故障運(yùn)行時(shí)的電壓利用率約為0.460；故障后電壓利用率減少了約0.137。根據(jù)表4虛擬電壓矢量的幅值及其相位可以繪畫(huà)出虛擬電壓矢量的分布情況，如圖9所示，其中Vm1～Vm10為優(yōu)化后的10個(gè)虛擬電壓矢量。

圖9 故障前和優(yōu)化后的α-β合成虛擬電壓矢量分布

圖9為電機(jī)在缺F相前和缺F相后優(yōu)化后的合成虛擬電壓矢量。其中圖9(a)和圖9(b)合成電壓矢量一一對(duì)應(yīng)。例如，圖9(a)的Vm9與Vm10對(duì)應(yīng)圖圖9(b)的9和11與11和25。二者利用原始矢量合成的周期占比皆相同，用這10個(gè)合成電壓矢量來(lái)制作開(kāi)關(guān)表。

F相發(fā)生開(kāi)路故障后，為了確保開(kāi)關(guān)表能達(dá)到對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的控制要求，并得到較好的控制效果，按照如下規(guī)則制作共用開(kāi)關(guān)表，使電機(jī)在故障前后逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和作用時(shí)間都始終相同。在基波平面進(jìn)行相同的扇區(qū)劃分，即12個(gè)扇區(qū)，用電壓矢量構(gòu)建共用開(kāi)關(guān)表的步驟如下：

1)已知定子磁鏈的角度和所處扇區(qū)，根據(jù)電壓矢量對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的誤差進(jìn)行控制，找出符合上述要求的一組電壓矢量；

2)在滿(mǎn)足磁鏈和轉(zhuǎn)矩控制要求的一組電壓矢量中，以轉(zhuǎn)矩響應(yīng)最快、電壓利用率高和電流諧波抑制效果好為目標(biāo)，選取一個(gè)電壓矢量作為被控對(duì)象。

當(dāng)定子磁鏈?zhǔn)噶吭趫D9(a)上中，位于S1扇區(qū)時(shí)，假設(shè)φ=1，τ=1，即需要增大定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩，則選取第一象限的電壓矢量，滿(mǎn)足條件的合成電壓矢量有Vm9、Vm10、Vm1；此時(shí)以轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和電壓利用率高為目標(biāo)，同時(shí)選取抑制電流諧波效果較好的合成矢量作為被控對(duì)象，綜合比較上述3個(gè)電壓矢量，Vm1在對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制效果、電壓利用率優(yōu)和諧波抑制效果上優(yōu)于其他2個(gè)，故選取電壓矢量Vm1。特別說(shuō)明，圖9(a)中Vm1對(duì)應(yīng)圖9(b)中V27(0.73)和V10(0.27)合成后的虛擬電壓矢量，其他扇區(qū)選取矢量原則均按照上述執(zhí)行。

電機(jī)在故障前后的開(kāi)關(guān)狀態(tài)以及各橋臂的作用時(shí)間都是相同的，當(dāng)φ=1時(shí)，表示定子磁鏈實(shí)際值沒(méi)有給定值大，此時(shí)需要增加磁鏈；當(dāng)φ=-1時(shí)，表示定子磁鏈實(shí)際值比給定值大，此時(shí)需要減少磁鏈。當(dāng)τ=1時(shí)，表示轉(zhuǎn)矩實(shí)際值沒(méi)有給定值大，此時(shí)需要增加轉(zhuǎn)矩；當(dāng)τ=-1時(shí)，表示需要減小轉(zhuǎn)矩。利用優(yōu)化后的10個(gè)虛擬電壓矢量去制作故障前后共用的開(kāi)關(guān)表，如表5所示。

表5 故障前后虛擬合成矢量共用開(kāi)關(guān)表

對(duì)表5中參數(shù)進(jìn)一步說(shuō)明，電壓矢量V9、V11、V27分別是圖9(a)中電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的電壓矢量，也是圖9(b)中F相發(fā)生開(kāi)路故障下的電壓矢量V9、V11、V27。對(duì)于抑制諧波電流和提升母線電壓利用率這兩方面，電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)在選取虛擬合成電壓矢量上，選擇圖8中合成電壓矢量幅值較大的。

3 仿真分析

為了驗(yàn)證電機(jī)缺相前后在共用開(kāi)關(guān)表的基礎(chǔ)上加入虛擬電壓矢量合成的方法，對(duì)一相開(kāi)路后雙三相PMSM的DTC系統(tǒng)進(jìn)行仿真，控制系統(tǒng)參數(shù)如表6所示。

表6 電機(jī)參數(shù)

逆變器頻率設(shè)置為10 kHz，磁鏈幅值Ψs設(shè)置為0.075 Wb，轉(zhuǎn)速設(shè)置為額定轉(zhuǎn)速200 r/min，磁鏈滯環(huán)比較器的輸出沒(méi)有0，需要一直變化，帶寬的數(shù)值設(shè)置為0.000 2 Wb，轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的寬度BT設(shè)置為0.3 N·m。電機(jī)在0～0.2 s時(shí)，空載運(yùn)行，0.2 s時(shí)負(fù)載由0突變?yōu)? N·m，0.2 s～0.3 s為電機(jī)正常狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，在0.3 s時(shí)斷開(kāi)F相，0.3 s～0.8 s為電機(jī)的缺相運(yùn)行，整個(gè)過(guò)程電機(jī)共用一個(gè)開(kāi)關(guān)表。

基于原始矢量下共用開(kāi)關(guān)表的雙三相PMSM容錯(cuò)型DTC，稱(chēng)為DTC1；基于合成虛擬矢量下共用開(kāi)關(guān)表的雙三相PMSM容錯(cuò)型DTC，稱(chēng)為DTC2。DTC1和DTC2轉(zhuǎn)速如圖10、圖11所示。

圖10 DTC1轉(zhuǎn)速圖11 DTC2轉(zhuǎn)速

從圖10和圖11中可以看出，在電機(jī)起動(dòng)的空載階段，轉(zhuǎn)速存在一定的超調(diào)。在0.2 s加負(fù)載轉(zhuǎn)矩，在經(jīng)過(guò)約0.2 s后即0.4 s時(shí)轉(zhuǎn)速達(dá)到200 r/min并保持運(yùn)行的穩(wěn)定。

在分析轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制策略的效果方面，在電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行采樣，利用轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)計(jì)算公式：

(14)

式中:Te_j和Te_av分別是轉(zhuǎn)矩的采樣瞬時(shí)值和采樣平均值；Te_ripple為轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)平均值。DTC1和DTC2的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)如圖12、圖13所示。經(jīng)過(guò)計(jì)算，DTC1的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)為0.452 1 N·m，DTC2的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)為0.214 3 N·m，改進(jìn)后，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)減小了約0.237 8 N·m，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小了約52.6%，表明本算法對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有一定的抑制。

圖12 DTC1轉(zhuǎn)矩圖13 DTC2轉(zhuǎn)矩

圖14和圖15是電機(jī)在發(fā)生缺相故障時(shí)，算法改進(jìn)前后的諧波平面；圖16和圖17圖是電機(jī)發(fā)生缺相故障時(shí)，算法改進(jìn)前后的相電流波形；圖18和圖19是電機(jī)發(fā)生缺相故障時(shí)，算法改進(jìn)前后的相電流的FFT分析和THD含量。

圖14 DTC1諧波圖15 DTC2諧波

圖16 DTC1相電流圖17 DTC2相電流

圖18 DTC1相電流THD

圖19 DTC2相電流THD

從圖14和圖15中可以看出，算法改進(jìn)前，電流諧波含量為±6 A左右，改進(jìn)后電流諧波含量為±4 A左右。DTC1相電流THD=59.48%，DTC2相電流THD=20.37%，諧波含量減小了約39.11%。

4 結(jié) 語(yǔ)

在雙三相PMSM直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，電機(jī)在一相開(kāi)路時(shí)用原始矢量做的共用開(kāi)關(guān)表存在較大的電流諧波和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，針對(duì)這一問(wèn)題提出了優(yōu)化和改進(jìn)。在共用開(kāi)關(guān)表的基礎(chǔ)上，加入了虛擬矢量合成思想，一定程度上減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電流諧波，但是由于加入了矢量合成的方法，與改進(jìn)前的算法比較，會(huì)導(dǎo)致一定的開(kāi)關(guān)頻率增加。