Matlab/Simulink感应电机直接转矩控制系统的仿真研究(5)
三相电压型逆变器电路中，由于逆变器的开关是由自关断器件构成的，每相桥臂的开关器件是互锁的，因而吹冰个开关器件的工作状态并不完全独立，实际上只有三个独立变量。这样逆变器可以用三个单刀双掷开关 、 、 来表示，如图2.4所示：
图2.4 三相电压型逆变器
现在定义三个开关函数 、 、 , （x=a,b,c）=1，代表上半桥臂导通，当 （x=a,b,c）=0代表下半桥臂导通。因此共有 =8种可能的开关组合，如表2.1所示。
表2.1 逆变器8种开关组合状态
状态 0 1 2 3 4 5 6 7
对应于逆变器的8种开关状态，对外部负载来说，逆变器输出7种不同的电压状态。这7种不同的电压状态可分成两类：一类是6种工作电压状态，它对应于开关状态“1”至“6”分别称为逆变器的电压状态“1”至“6”；另一类是零电压状态，它对应于零开关状态“0”和“7”，由于对外来说，输出的电压都为零，因此统称为逆变器的零电压状态。
2.4 空间电压矢量的控制作用
使d轴与定子磁链矢量重合，如图2.5所示，将旋转坐标dq按定子磁链 定向，把电压矢量分解为 和 分量， 决定着定子磁链幅值的增减，而 决定定子磁链矢量的旋转角速度，从而决定转差频率和电磁转矩。
图2.5 d轴与定子磁链重合
则 = 、 =0得到异步电动机按定子磁链控制的动态模型：
（2.10）
电磁转矩表达式为 （2.11）
定子磁链矢量的旋转角度 为 （2.12）
电压空间矢量对定子磁链的影响可通过以下方式实现：
(1)恒转矩调速：在正常电压空间矢量作用期间，适时的插入零矢量对电动机进行控制，当有效电压空间矢量作用时，定子磁链运动轨迹沿着电压空间矢量作用方向运动；插入零矢量后，定子磁链静止，由于零矢量的插入，使得旋转速度变慢，在这期间保持电压空间矢量作用时间不变，定子磁链幅值不变，电动机实现恒磁通调速，即实现了恒转矩调速。
(2)恒功率调速：通过改变电压空间矢量的作用时间，达到改变定子磁链旋转速度的目的。由于电压空间矢量幅值不变，只改变了作用时间，所以定子磁链所围成的面积发生改变，作用时间变短，面积变小，定子磁链幅值变小。对电动机实现了恒功率调速。
在直接转矩控制系统中，可以通过改变磁通角的大小来实现对转矩的控制，其控制方法为通过控制电压空间矢量来对定子磁链的旋转速度进行控制，改变了定子磁链的平均旋转速度，从而改变了磁通角的大小，以实现对电动机转矩的控制。其主要控制方法有以下几方面：
(1)增大转矩：增大有效电压空间矢量，使得电压幅值足够大，就使得定子磁链的旋转速度大于转子磁链的旋转速度，磁通角增大，对应的转矩增大。
(2)减小转矩：给出零电压空间矢量，定子磁链会走走停停，定子磁链旋转速度小于转子旋转速度，磁通角减小，转矩减小。
(3)迅速减小转矩：施加有效反向电压空间矢量，定子磁链会进行反方向旋转，磁通角迅速减小，使得转矩也迅速减小。
将期望的定子磁链圆轨迹分为吹冰个扇区，如图2.6所示。在扇区的定子磁链矢量顶端施加吹冰个工作电压空间矢量，将产生不同的磁链增量。由于吹冰个电压矢量的方向不同，有的电压作用后会使磁链的幅值增加，另一些电压作用则使磁链幅值减小，磁链的空间矢量位置也有相应的变化。在不同扇区，施加不同的电压矢量，对磁链矢量有不同的影响。施加零矢量 和 时，定子磁链的幅值和位置均保持不变。通过逐步合理地选择电压矢量，可以使定子磁链矢量的运动轨迹纳入一定的范围，沿着预定的轨迹移动。