【正文】 J. Pou et al., “Fastprocessing modulation strategy for the neutralpointclamped converter with total elimination of lowfrequency voltage oscillations in the neutral point,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 54, no. 4, pp. 2288–2294, Aug. 2007.中文譯文：基于三電平電壓型逆變器的異步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制摘要：一種基于直接轉(zhuǎn)矩控制的電動(dòng)機(jī)的新型控制方式，其采用了三電平逆變器，而非標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)電平逆變器。這種控制系統(tǒng)通過(guò)增加逆變器的數(shù)量亦即采用三電平逆變器，從而實(shí)現(xiàn)降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的目的。在新的控制系統(tǒng)中，定子電流的高次諧波失真現(xiàn)象和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率也相應(yīng)減少。關(guān)鍵詞：異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，三電平變換器，轉(zhuǎn)矩控制。 一 緒 論標(biāo)準(zhǔn)電壓源逆變器（VSI），傳統(tǒng)上用在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的是雙電平VSI，但是不幸的是其具有一些固有的局限性。舉例來(lái)說(shuō)，因?yàn)槠渥畲箅妷杭词前雽?dǎo)體開(kāi)關(guān)器件所能承受的最大電壓，從而影響了其直流輸出電壓的品質(zhì)。此外，從VSI輸出的電壓和電流，可能包含高次諧波，從而產(chǎn)生失真現(xiàn)象。而且輸出的電壓波形，還可能包含較大的dv/dt，即電壓波動(dòng)較大，這加速了電機(jī)繞組絕緣破壞和軸承的磨損，同時(shí)在操作中也會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的電磁干擾。本文所介紹的這種新型多層次的VSI的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以很大程度上彌補(bǔ)這方面的不足。最常用的多層次拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是三個(gè)級(jí)別中性點(diǎn)鉗位（NPC）VSI。這種類(lèi)型的VSI比標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)級(jí)別VSI更具有優(yōu)勢(shì)，如在控制輸出電壓波形，減少諧波失真等方面，同時(shí)在降低開(kāi)關(guān)頻率方面具有更好的表現(xiàn)。直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC ）的出現(xiàn)已經(jīng)可能替代著名的矢量控制策略成為新的主流感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)。雖然在兩個(gè)層次的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及與此相關(guān)聯(lián)的方法控制上已經(jīng)有相當(dāng)多的研究。大量的研究表明，迄今為止所研究的DTC系統(tǒng)，在運(yùn)用于多層次的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面仍相當(dāng)有限。利用3個(gè)級(jí)別的VSI拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的先進(jìn)性在于，它適用于接受數(shù)目增加的電壓矢量。這意味著，在載體的選擇程序中有多種可能性，并且極大地增加控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。當(dāng)然，這是在犧牲在復(fù)雜的載體選擇過(guò)程減少扭矩和通量中抖動(dòng)的增加。雖然經(jīng)過(guò)幾次的改進(jìn)，最近作者又提出了利用這種更高層次的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)施對(duì)接受數(shù)目增加的電壓矢量，其辦法是基于使用更復(fù)雜的載體選型表合并與調(diào)制技術(shù)為基礎(chǔ)的分析方法，其中有機(jī)參數(shù)的依賴(lài)。圖 1新型控制器示意圖本文介紹了一種基于直接轉(zhuǎn)矩控制的控制器，可以適用于不同的多電平逆變器拓?fù)?。它避免了滯環(huán)比較器和查找表的使用，它不需要電機(jī)模型的知識(shí)控制系統(tǒng)中除了固有的估計(jì)在傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。二 新型控制器 ，這新型控制器生成一個(gè)參考定子電壓矢量（ ）在α β坐標(biāo)系()根據(jù)有關(guān)DTC的基本原則， 而不是使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的查找表中使用的經(jīng)典DTC。采用的這方法是對(duì)空間矢量接近 DTC有關(guān)閉環(huán)流出和轉(zhuǎn)力矩控制的調(diào)音方案和固定子流出定向控制。最近，其他類(lèi)似根據(jù)預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩控制的方法已經(jīng)出現(xiàn)?？刂破鞯妮斎胧嵌ㄗ恿鞒稣`差 (), 轉(zhuǎn)力矩誤差 () 和定子熔化角速度 (),用以獲得合并后面的電動(dòng)勢(shì) (BEMF)在不同的營(yíng)運(yùn)點(diǎn)來(lái)改善轉(zhuǎn)力矩回應(yīng)。參考電壓矢量計(jì)算像是選擇最接近的載體提供或使用調(diào)制技術(shù)，由控制器可合成采用不同技術(shù)與不同程度的復(fù)雜性。參考電壓矢量計(jì)算 ?？刂破骺蓱?yīng)用于任何拓?fù)?，因?yàn)樗蓄?lèi)型僅僅影響參考電壓矢量要合成?？刂破鞲鶕?jù)以下原則，即理想的解耦控制定子磁場(chǎng)模量和扭矩達(dá)到了控制器代理對(duì)各自的徑向和切向組件定子磁通矢量（）。由圖. 2可知變異的定子磁通矢量與電壓矢量近似成正比。力矩響應(yīng)特性，為經(jīng)典特性與DTC的兩個(gè)層面均具有。圖2 傳統(tǒng)兩級(jí)VSI直接轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性運(yùn)行條件：Γ= nm。ωm = 200r/min因此，在計(jì)算參考電壓矢量（XY坐標(biāo)定子磁通矢量）和切組件（ U*sy）將在很大程度上依賴(lài)于扭矩誤差（） ，而徑向分量（ U*sx ）將在很大程度上依賴(lài)于定子磁場(chǎng)誤差（Eψs ） 。由圖. 1 可以看出，兩個(gè)閉合回路比例控制器控制生成組件的參考電壓矢量。 和是這些控制器的比例因子，并已通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)試，以達(dá)到最起碼的扭矩和磁通紋波。其初始值，可設(shè)定為定子電壓和額定定子磁場(chǎng)模量對(duì)，及比例與定子額定電壓和額定轉(zhuǎn)矩對(duì)的比率。由圖. 1可以看出，用反饋來(lái)彌補(bǔ)BEMF是增加控制器的輸出的扭矩切向組成部分的參考電壓矢量。對(duì)BEMF來(lái)說(shuō)，通過(guò)一個(gè)低通濾波器過(guò)濾得到了成倍的定子磁場(chǎng)模（）和定子磁場(chǎng)角速度（ωs ）。 在X Y坐標(biāo)參考向量轉(zhuǎn)化為α – β修正固定坐標(biāo)。新型控制器的發(fā)展，參考電壓選擇最接近所有向量切向參考電壓矢量。用最接近的矢量方式計(jì)算最小距離的電壓矢量可由所有電壓矢量作為參考，這種計(jì)算涉及模量之間的差額。最近提出了系統(tǒng)的復(fù)雜度相比傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制的而不是由于遲滯比較器的比例控制器的使用增加，X–Yα–β坐標(biāo)變換和?和最近的向量法。最后，應(yīng)該指出的是，中性點(diǎn)電壓的平衡是一個(gè)隨著三電平VSI [ 11 ]控制有關(guān)的主要問(wèn)題。在所有新型控制器中，選擇適當(dāng)配置使之存在的多余的可能，從而使結(jié)構(gòu)矢量達(dá)成平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)VSI的 遞送。三 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 新的控制器的實(shí)現(xiàn)是基于一個(gè)執(zhí)行控制任務(wù)的dSPACE的DS1103板。這板包含一個(gè)PowerPC單元和DSP單元。三電平逆變器采用IGBT器件，其作用使是供給380／。直流電壓是200 V的穩(wěn)壓直流單元。圖2和圖3分別顯示穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)在200 r/min和額定轉(zhuǎn)矩的條件下（ nm），文中所描述的經(jīng)典的直接轉(zhuǎn)矩控制兩電平VSI和新的采用三電平逆變器控制系統(tǒng)的不同轉(zhuǎn)矩狀態(tài)。所有系統(tǒng)使用的采樣時(shí)間均100181。s。采用扭矩標(biāo)準(zhǔn)偏差（σΓE）來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，從而評(píng)估系統(tǒng)的性能。此外，F(xiàn)LUX的標(biāo)準(zhǔn)偏差（σψS），總諧波失真（THD）的定子電流和thd_is，平均開(kāi)關(guān)頻率在半導(dǎo)體器件（FSW）計(jì)算系統(tǒng)。從圖2和圖3所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，利用三電平逆變器的新系統(tǒng)的電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)明顯大為降低。圖3 新型三電平逆變器控制器的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性。運(yùn)行條件：Γ= nm。ωm = 200r/min在該推薦系統(tǒng)中，逆變器中電子器件開(kāi)關(guān)頻率均減少50%以上。隨著三電平逆變器利用率的降低，開(kāi)關(guān)頻率也隨之降低。這種類(lèi)型的逆變器中，一條支路的三種可能的狀態(tài)之間的過(guò)渡不不需要所有換向開(kāi)關(guān)都動(dòng)作。四 結(jié)論基于直接轉(zhuǎn)矩控制原理，這里提出了一種的新型控制系統(tǒng)理論，而且實(shí)驗(yàn)表明，該控制系統(tǒng)可以通過(guò)一個(gè)三電平逆變器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)從而比較容易的實(shí)現(xiàn)。類(lèi)似傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制，新的控制器不涉及任何電機(jī)模型參數(shù)的使用，因此，與其他使用電機(jī)參數(shù)模型的方法相比，該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性。