【正文】 磁轉(zhuǎn)矩的正方向?yàn)槭箿p小的方向，則有轉(zhuǎn)矩方程為 ( )應(yīng)該指出，上述公式是在線性磁路、磁動(dòng)勢(shì)在空間按正弦分布的假定條件得出來(lái)的，但對(duì)定、轉(zhuǎn)子電流時(shí)間的波形未作任何假定，式中的電流i都是實(shí)際瞬時(shí)值。定子三相之間的互感是常值 () 轉(zhuǎn)子三相之間的互感也為常值 ()定子和轉(zhuǎn)子之間的互感 ()θ為轉(zhuǎn)子a相和定子A相之間的夾角。所以定子自感為 ()Lms為定子互感，Lls為定子漏感?；ジ写磐ㄊ侵饕磐ā?duì)每一項(xiàng)定子繞組來(lái)說(shuō)，它所交鏈的磁通包括互感磁通和漏感磁通。所以電壓方程的矩陣形式為 ()或?qū)懗? () （2）磁鏈方程 磁鏈等于自感磁鏈和互感磁鏈之和。（1）電壓方程 定子繞組的UA電壓方程 ()式中UA、UB、UC為定子相電壓，iA、iB、iC為定子相電流，Rs為定子電阻，ΨA、ΨB、ΨC為定子磁鏈。3. 存在直流分壓電容電壓不平衡問(wèn)題[12]。2. 每橋臂內(nèi)外側(cè)功率器件的導(dǎo)通時(shí)間不同，造成符合不一致。4. 可以控制無(wú)功功率流。3. 由于三電平逆變器輸出為三電平階梯波，形狀更接近正弦。由于沒(méi)有兩電平逆變器中兩個(gè)串聯(lián)器件的同時(shí)導(dǎo)通和同時(shí)關(guān)斷問(wèn)題，對(duì)器件的動(dòng)態(tài)性能要求低，器件受到的電壓應(yīng)力小，系統(tǒng)的可靠性有所提高。（三）二極管鉗位型三電平逆變器的優(yōu)缺點(diǎn)綜合以上分析，可以概括出二極管鉗位型三電平逆變器有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 三電平逆變器能夠很好的解決電力電子開(kāi)關(guān)器件耐壓不夠高的問(wèn)題。開(kāi)關(guān)狀態(tài)由[P]到[N]是禁止的，因?yàn)椋?a)這需要逆變器的一個(gè)橋臂上的開(kāi)關(guān)，兩個(gè)同時(shí)導(dǎo)通，兩個(gè)同時(shí)關(guān)斷，每個(gè)開(kāi)關(guān)上的電壓會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)不均。綜上所述，逆變器的所有開(kāi)關(guān)器件在開(kāi)關(guān)狀態(tài)從[O]到[P]過(guò)程中，只承受直流母線電壓的一半。在開(kāi)關(guān)狀態(tài)[P]下，開(kāi)關(guān)S1導(dǎo)通，不影響電路的工作。負(fù)載電流由S3換向到二極管D1，D2中。關(guān)斷的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管兩端Vs1=Vs4=E。在開(kāi)關(guān)狀態(tài)[O]，開(kāi)關(guān)S1，S4關(guān)斷，SS3導(dǎo)通。開(kāi)關(guān)S3，S4已經(jīng)關(guān)斷，Vs3=Vs4=E。 在開(kāi)關(guān)狀態(tài)[P]下，開(kāi)關(guān)S1導(dǎo)通，鉗位二極管VD，方向偏置而截止。S2，兩端電壓Vs2=Vs3=0，關(guān)斷的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管兩端電壓Vs1=Vs4=E。在開(kāi)關(guān)狀態(tài)[O]，開(kāi)關(guān)S1，S4關(guān)斷，S2，S3導(dǎo)通。(b)直流側(cè)電容C1，C2足夠大，每個(gè)電容上的電壓保持E。 當(dāng)iA0時(shí)，(b)所示。(b)，(c)給出了逆變器A相橋臂的換向過(guò)程，每個(gè)開(kāi)關(guān)管上并聯(lián)一個(gè)電阻。(a)給出了開(kāi)關(guān)S1，S4的開(kāi)關(guān)信號(hào)Vg1，Vg4。每相橋臂中間的兩個(gè)IGBT導(dǎo)通時(shí)間最長(zhǎng)，導(dǎo)致發(fā)熱量也多一些，因此實(shí)際系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)以這兩個(gè)IGBT為準(zhǔn)。 三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)S1和S2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，輸出端A相對(duì)M點(diǎn)的電平為Ud /2(E)；當(dāng)S2和S3同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，輸出端A相與M點(diǎn)相連，因此它的電平為0；當(dāng)S3和S4同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，輸出A相電壓為Ud /2(E)，所以每相橋臂能輸出三個(gè)電平狀態(tài)，由三相這種橋臂組成的逆變器就叫做二極管鉗位型三電平逆變器。最常見(jiàn)的二極管鉗位型三電平逆變器，這種拓?fù)浜?jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，控制策略也比較簡(jiǎn)單，是分析多電平逆變器的基礎(chǔ)。根據(jù)需要對(duì)這些電路加以簡(jiǎn)化，就可以得到許多實(shí)用的多電平電路拓?fù)?。（二）三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理多電平電路的實(shí)現(xiàn)有很多方式，但從電路原理的角度，為得到所要輸出的多層電平，至少應(yīng)該具有兩個(gè)條件：一．在輸入側(cè)有基本的直流電平；二．需要由有源和無(wú)源開(kāi)關(guān)器件組成的基本變換單元，將基本電平合成以實(shí)現(xiàn)多電平輸出。但它也帶來(lái)了中點(diǎn)電位平衡問(wèn)題。器件受到的電壓應(yīng)力小，系統(tǒng)可靠性提高。 三電平電路由于其特殊的電路結(jié)構(gòu)，除P、N兩種電平輸出外還可以實(shí)現(xiàn)零電平O輸出[6]。當(dāng)逆變器輸出電壓較高時(shí)，開(kāi)關(guān)器件的耐壓不夠。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于受到硬件條件和控制電路的復(fù)雜性的制約，在綜合考慮性能指標(biāo)的情況下，三電平逆變器最為普遍，對(duì)其研究和分析具有實(shí)際意義三電平是相對(duì)于通用變頻器中常用的兩電平方案而言的[14]。二、二極管嵌位式三電平逆變器（一）逆變器介紹多電平逆變技術(shù)最初的出發(fā)點(diǎn)是通過(guò)對(duì)逆變器的主電路進(jìn)行改進(jìn)，使得逆變器的所有開(kāi)關(guān)器件都工作在基頻或者基頻以下，以達(dá)到降低功率器件開(kāi)關(guān)的頻率、減小開(kāi)關(guān)應(yīng)力、減小輸出電壓諧波含量等目的，提高整個(gè)功率變換的效率，但因多電平逆變器需要的各種功率器件較多，所以從提高產(chǎn)品性價(jià)比的角度考慮，更適合應(yīng)用于高壓大功率的場(chǎng)合。3. 設(shè)計(jì)了基于三電平逆變器的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)速閉環(huán)、磁鏈閉環(huán)。本課題的主要工作包括：1. 對(duì)二極管嵌位式三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行了分析。異步電機(jī)的磁場(chǎng)定向控制模擬直流電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)良好的動(dòng)態(tài)性能。二極管箝位式逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)有了成熟的應(yīng)用，但中點(diǎn)電壓平衡難以控制，目前只有三電平逆變器實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用[34]。二極管嵌位型、電容嵌位型多電平逆變器適用于高電壓輸出大功率逆變場(chǎng)合。還有一些衍生的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如層疊多單元逆變器等。多電平逆變器能夠?qū)崿F(xiàn)更高的電壓等級(jí)、輸出電壓諧波含量低、du/dt和di/dt引起的電磁干擾小，在高電壓大功率逆變場(chǎng)合具有廣泛的應(yīng)用。該逆變器輸出三電平的電壓波，稱為三電平逆變器。（三）多電平逆變器的發(fā)展概況傳統(tǒng)兩電平逆變器在一個(gè)輸出周期內(nèi)橋臂的相電壓為兩電平波，高頻時(shí)產(chǎn)生很大的浪涌電壓和開(kāi)關(guān)損耗，無(wú)法應(yīng)用在高壓輸出逆變器場(chǎng)合。21世紀(jì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制也在快速的發(fā)展，日本在通用變頻器上的無(wú)速度傳感器方面比較先進(jìn)，美國(guó)在電機(jī)參數(shù)辨識(shí)上的研究比較深入，德國(guó)在大功率系統(tǒng)應(yīng)用上比較先進(jìn)。但由于其運(yùn)算非常復(fù)雜，當(dāng)時(shí)的控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制中，電機(jī)參數(shù)變化和轉(zhuǎn)速測(cè)量的誤差會(huì)引起磁鏈誤差，影響轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制的效果?？刂苿?lì)磁分量為恒定值，通過(guò)控制電流轉(zhuǎn)矩分量控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，這種控制方法和直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制相似。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制的思想是將異步電機(jī)模擬成直流電機(jī)控制。 2. 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制技術(shù)的發(fā)展概況 理論。大多應(yīng)用在風(fēng)機(jī)等沒(méi)有高動(dòng)態(tài)性能要求的調(diào)速中[2]。但是沒(méi)有瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，所以會(huì)影響動(dòng)態(tài)性能。但它是一種開(kāi)環(huán)控制，動(dòng)態(tài)性能較差，控制參數(shù)還需要根據(jù)負(fù)載的不同改變，低速時(shí)還可能產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象。異步電機(jī)的控制包括恒壓頻比控制、滑差頻率控制。但異步電動(dòng)機(jī)本身是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，可控性較差，以前未得到大規(guī)模應(yīng)用。但直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)速、電壓、功率受到環(huán)境影響，價(jià)格昂貴。在高壓大功率的應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合多電平逆變器的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制因?yàn)槠渥陨淼膬?yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用的磁場(chǎng)定向控制調(diào)速技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，在磁場(chǎng)定向控制調(diào)速技術(shù)中利用矢量控制原理的高性能控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、效率高、性價(jià)比高、高精度等特點(diǎn)，使交流電動(dòng)機(jī)可以有效地節(jié)電量，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在調(diào)速時(shí)和直流電機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)相似，機(jī)械特性基本上平行上下移動(dòng)，而轉(zhuǎn)差功率不變。交流電機(jī)典型的高效調(diào)速方法是變頻調(diào)速，它既適用于異步電機(jī)，也適用于同步電機(jī)。這些缺點(diǎn)正是交流電機(jī)所能克服的，但交流電機(jī)的調(diào)速性能不理想，致使交流調(diào)速在變速傳動(dòng)領(lǐng)域一直得不到廣泛的應(yīng)用。過(guò)去由于直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速方法簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩易于控制，比較容易得到良好的動(dòng)態(tài)特性，因此高性能的傳動(dòng)系統(tǒng)都采用直流電機(jī)，直流調(diào)速系統(tǒng)在變速傳動(dòng)領(lǐng)域中占統(tǒng)治地位。 rotor field oriented control。關(guān)鍵詞：三電平逆變器；異步電機(jī)；轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制；MATLAB仿真 I 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)仿真研究 The Simulation Research on Asynchronous Motor Control System Based on Rotor FieldOriented Abstract Threelevel inverter because it can achieve higher voltage grade, output less harmonic content of advantages in high pressure highpower inverter occasions a wide range of applications, and rotor fieldoriented control is th