本文針對傳統兩電平SVPWM直接轉矩控制系統轉矩脈動大、響應慢和驅動功率不足的問題，介紹了三電平逆變器的原理及其應用于異步電 機直接轉矩控制的具體方法，通過Matlab仿真驗證了其可行性與優越性，結果顯示該控制方法具有動態響應快、抗擾性強、轉矩脈動 小、諧波分量少、開關頻率穩定等優點，對提高異步電機直接轉矩控制系統的性能以及減小開關管的損耗有一定的成效。

一、傳統DTC原理介紹和仿真分析

1.1 DTC原理及仿真

圖1-1 直接轉矩控制框圖

DTC基于定子磁鏈的位置信號以及轉矩與磁鏈幅值的誤差信號直接離線查找矢量表，并將所選擇的電壓矢量通過變頻器作用于電機。

圖1-2感應電機DTC系統開關表

圖1-3 DTC整體仿真

圖1-4 定子磁鏈圓軌跡

圖1-5 DTC下的電機轉矩

圖1-6 磁鏈扇區

圖1-7 定子A相電流

圖1-8 定子A相電流FFT分析

圖1-9 電機轉速

1.2 兩電平DTC仿真結果分析

突加負載后轉矩不能快速響應且轉矩脈動較大，不能 精確控制在較小范圍內，即使在穩態時也有周期性的轉矩 波動；定子三相電流諧波分量較大，會使電機發熱嚴重， 開關損耗大，從而減小了系統的輸出功率，降低控制系統 的效率；磁鏈畸變較嚴重，軌跡偏離標準圓，磁鏈跨越扇 區分界時還會造成磁鏈跳變，尤其電機啟動時變化幅度 大，不能平滑線性遞增，啟動后脈動嚴重；電機啟動時轉速不能立即響應，升速較慢，且超調較大，達到給定后不 能保持為恒定，在1秒時突加負載時會使轉速突變，抗擾性較弱。

二、三電平DTC原理介紹和仿真分析

2.1 三電平DTC原理及仿真

圖2-1三電平逆變器原理圖

圖2-2 三電平逆變器電壓矢量圖

圖2-3 三電平SVPWM模塊整體框圖

圖2-4 三電平DTC整體仿真

圖2-5 定子磁鏈圓軌跡

圖2-6 DTC下的電機轉矩

圖2-7 磁鏈扇區

圖2-8 定子A相電流

圖2-9 定子A相電流FFT分析

圖2-10 電機轉速

2.2 三電平DTC仿真結果分析

改進后的控制系統在突加負載后轉矩能快速響應，在啟動時也能快速建立。定子磁鏈幾乎能平滑變化，更加接近標準圓，磁鏈跨越扇區邊界時不再有畸變現象，整體脈動幅度大大降低；電機轉速響應快速準確，接近理想情況，啟動時迅速上升，超調極小，穩定后能保持完全恒定，精度高，特別顯著的是在應對突加負載時有相當強的 抗擾性和自適性，而且幾乎不產生速度降落，產生的微小速降變化快速，將很大程度地減小速度變化對負載造成的 不良影響。定子三相電流更加接近標準正弦波，諧波分量小，體現了開關頻率的相對穩定，因此開關管損耗和電機發熱問題會得到有效解決，系統效率將應之提高。

三、總結

本文敘述了兩電平傳統直接轉矩控制的控制原理，并進行了仿真，證實了其存在的不足。針對其不足引入了三 電平逆變器，闡述了控制策略，分析了其整個控制過程，并通過仿真驗證了三電平多矢量控制對諧波抑制及減小 轉矩脈動的有效性和應用于大功率非恒轉矩負載的實用性，較為顯著地提高了直接轉矩控制系統的抗擾性和控制精度。