机电的永磁实时管控装置

永磁同步电机的直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后又一种交流电机

高性能控制技术，成为专家研究的热点之一。传统的直接转矩控制采用转矩滞环
与磁链滞环的方式来实现对逆变器开关器件的控制，不可避免地造成了低速控
制效果不理想、开关频率不固定以及转矩脉动大，限制了直接转矩控制在低速区
的应用。对此，本文提出的恒定开关频率的永磁同步电机直接转矩控制方法是对
传统直接转矩控制方法的一种改进。
　　仿真结果表明其控制性能比传统的控制方法优越。
　　

1 基于恒定开关频率的直接转矩控制 111 空间电压矢量调制原理恒定开关

频率的空间电压矢量调制主要思想是在一个控制周期中选择相邻非零电压矢量
和零矢量，计算每个矢量的作用时间，从而合成所需的任意电压矢量，实现转
矩和磁链的无差控制。
　　如所示，以第

3 扇区为例，用 2 个相邻有效矢量 U _ 4、U _ 6 和零矢量合

成参考矢量等效矢量按伏秒平衡原则合成，则有：

T PWM = T 4 + T 6 + T 

0（1）U→ref T PWM = U→4 T 4 + U→6 T 6（2）式中，T PWM 为周期 T 
4～U→4 的作用时间，T 6～U→6 的作用时间，T 0～U→0（U→7）的作用时
间。其中：

U→4 = 2 3 U dc（1 + j 0）（3）U→6 = 2 3 U dc 1 2 + j 3 

2（4）U→ref = U ref（cosθ+ j sinθ）（5）将式（3）～式（5）代入式
（

2）得：T 4 2 3 U dc + T 6 1 3 + j 3 U dc =

　　

U ref T PWM（cosθ+ jsinθ）（6）零矢量只是补足 T 4、T 6 以外的时间

它对矢量合成不产生影响。由等式两边实部和虚部相等得：

T 4 = （3 2 cosθ- 

3 2 sinθ ） U ref T PWM / U dc （ 7 ） T 6 = 3sinθU ref T PWM / U 
dc（8）T 0 = T PWM - T 4 - T 6（9）随着参考电压空间矢量 U ref 的长度
增加，输出电压的基电压幅值线性加大，

T 4、T 6 也线性加大，T 0 逐渐减小，

但是要使合成矢量在线性区内就必须满足下列等式：

T 4 + T 6ΦT PWM。

　　可以得出：

U refΦU dc 3cosπ6 -θ（10）为使波形对称，把每个矢量的

作用时间一分为二，同时把零矢量作用时间等分给

2 个零矢量 U→0 和 U→7，

而且要保证每次只有

1 个开关状态改变。这是因为如果允许有 2 个或 3 个桥臂

同时动作，则在线电压的半周期内会出现反极性的电压脉冲，产生反向转矩，
引起转矩脉动和电磁噪声。
　　产生的开关序列为：

U→0→U→4→U→6→U→7→U→6→U→4→U→0 一般

每个工作状态是对称的，因此可以得到在第

3 扇区的 SVPWM 的波形时序，。

同理可以得到其它扇区

SVPWM 波形时序。

　　

112 直接转矩控制具有恒定开关频率的直接转矩控制是根据参考磁链< 3

和计算磁链

<的偏差计算电压矢量偏差，利用空间电压矢量调制技术实现磁链

反馈控制和连续调节。在

α-β 静止坐标系中，假定定子磁链在恒定的开关周期 T 

pwm 内从< s 变化到< 3 s（给定幅值为< 3 s  

） ，由此磁链的相位角变化了

y。

△

　　这样，定子磁链的变化量为：

< s = < 3 s - < s△< s 的实部和虚部为：

△ < sα= < 3 s cos （ θ= y ） - < sα△< sβ= < 3 s sin   （ θ+ y ） - < 
sβ（10）θ= arctan < sβ< sα 由 PMSM 定子电压方程得：U s = R s i s + 
p < s U s = R s i s + p△< s T PWM（12）将式（11）代入式（12  

） ，就