隨同步磁阻電動機（synchronous reluctance motor, SynRM）的轉(zhuǎn)子具有磁阻性質(zhì)，是一種通過磁阻產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的電動機。其定子結(jié)構(gòu)和一般的感應(yīng)電動機類似，而其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)使用特殊結(jié)構(gòu)的硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子dq軸電感存在較大的差異。當定子磁場旋轉(zhuǎn)時，氣隙磁場將發(fā)生畸變，從而產(chǎn)生磁阻性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。

同步磁阻電動機的轉(zhuǎn)子沒有繞組，且無轉(zhuǎn)子銅耗；與感應(yīng)電動機相比，溫升低、電動機效率較高，為此得到國內(nèi)外許多學(xué)者的關(guān)注。直接轉(zhuǎn)矩控制（direct torque control, DTC）技術(shù)最早由M. Depenbrock和I. Takahashi在20世紀80年代分別提出。DTC不但具有更快的響應(yīng)速度，控制過程也更簡單。但同時也存在一些缺點，例如電磁轉(zhuǎn)矩脈動較大，逆變器開關(guān)頻率不固定。

為解決傳統(tǒng)DTC的缺點，國內(nèi)外學(xué)者展開了許多研究。其中有一部分的方法是基于改善電壓開關(guān)表，然而這種方法無法消除DTC中逆變器開關(guān)頻率不固定的問題。將空間矢量引入直接轉(zhuǎn)矩控制，是另一個主要的研究方向。不同的SVM-DTC方法，給定磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩得到電壓矢量的控制模型不同。

文獻[9]將電壓矢量變換為與定子磁鏈同步的旋轉(zhuǎn)坐標系d-q上。通過兩個PI調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)磁鏈幅值和轉(zhuǎn)矩的大小。兩個PI調(diào)節(jié)器分別輸出d-q坐標系上的電壓矢量，再轉(zhuǎn)換為靜止坐標系上的電壓矢量。這種控制方法，需要將靜止坐標系變換為旋轉(zhuǎn)坐標系，本質(zhì)上與矢量控制一樣。

文獻[10]根據(jù)磁鏈幅值和轉(zhuǎn)矩通過預(yù)測控制選擇合適的電壓矢量，再通過SVM控制電動機旋轉(zhuǎn)。文獻[11]分析了同步磁阻電動機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩角的關(guān)系，對電磁轉(zhuǎn)矩進行比例調(diào)節(jié)，得到所需的轉(zhuǎn)矩角和相應(yīng)的參考電壓空間矢量。

本文對SynRM的SVM-DTC展開研究。根據(jù)磁鏈幅值和轉(zhuǎn)矩通過預(yù)測控制得到參考電壓矢量，再通過SVPWM逆變器驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)。對于SynRM的SVM-DTC中功率因數(shù)較低的問題，本文提出變磁鏈幅值的SVM-DTC方案。通過計算得到使功率因數(shù)最大的最優(yōu)磁鏈幅值，將最優(yōu)磁鏈幅值做為給定值輸入SVM-DTC系統(tǒng)，能較大地提高電動機運行時的功率因數(shù)。最后通過Matlab/Simulink數(shù)值仿真驗證本文方案的有效性。

圖1 SVM-DTC控制原理

圖4 變磁鏈幅值SVM-DTC原理圖

結(jié)論

本文對應(yīng)用前景良好的同步磁阻電動機展開了研究。分析了同步磁阻電動機SVM-DTC基本原理，根據(jù)同步磁阻電動機的數(shù)學(xué)模型，提出一種基于預(yù)測控制的SVM-DTC方案。并通過理論分析，推導(dǎo)了同步磁阻電動機的功率因數(shù)與轉(zhuǎn)速和功率角的關(guān)系，再由功率角計算出磁鏈幅值。提出了一種變磁鏈幅值的SVM-DTC方案。通過確定最優(yōu)功率角，選擇與功率角以及轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的磁鏈幅值作為給定值。

利用Matlab/ Simulink搭建了恒定磁鏈幅值和變磁鏈幅值兩種控制方案的仿真模型。仿真結(jié)果表明，變磁鏈幅值SVM-DTC方案能明顯提高電動機在穩(wěn)態(tài)時的功率因數(shù)，證明了該方案的有效性。