能明显改善功率因数的同步磁阻电动机直接转矩控制方案
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福州大学电气工程学院的研究人员林志东、汤宁平、肖庆豪，在2019年第4期《电气技术》杂志上撰文（论文标题为“基于变磁链幅值的同步磁阻电动机直接转矩控制”）指出，传统的直接转矩控制，在保持定子磁链幅值恒定的前提下，通过改变定子磁链相位来调节转矩。
对于同步磁阻电动机直接转矩控制方案功率因数较低的问题，本文提出变磁链幅值的同步磁阻电动机空间矢量直接转矩控制（SVM-DTC）方案，通过改变定子磁链幅值，调整功率角大小，从而改善功率因数，克服了直接转矩控制功率因数低的缺点。
利用Matlab/Simulink搭建了同步磁阻电动机SVM-DTC模型，验证恒定磁链幅值和变磁链幅值两种直接转矩控制方案。研究结果表明，相较于传统的SVM-DTC，该方案能明显改善功率因数。
随同步磁阻电动机（synchronous reluctance motor, SynRM）的转子具有磁阻性质，是一种通过磁阻产生电磁转矩的电动机。其定子结构和一般的感应电动机类似，而其转子结构使用特殊结构的硅钢片叠压而成，转子dq轴电感存在较大的差异。当定子磁场旋转时，气隙磁场将发生畸变，从而产生磁阻性质的转矩。
同步磁阻电动机的转子没有绕组，且无转子铜耗；与感应电动机相比，温升低、电动机效率较高，为此得到国内外许多学者的关注。直接转矩控制（direct torque control, DTC）技术最早由M. Depenbrock和I. Takahashi在20世纪80年代分别提出。DTC不但具有更快的响应速度，控制过程也更简单。但同时也存在一些缺点，例如电磁转矩脉动较大，逆变器开关频率不固定。
为解决传统DTC的缺点，国内外学者展开了许多研究。其中有一部分的方法是基于改善电压开关表，然而这种方法无法消除DTC中逆变器开关频率不固定的问题。将空间矢量引入直接转矩控制，是另一个主要的研究方向。不同的SVM-DTC方法，给定磁链幅值和电磁转矩得到电压矢量的控制模型不同。
文献[9]将电压矢量变换为与定子磁链同步的旋转坐标系d-q上。通过两个PI调节器来调节磁链幅值和转矩的大小。两个PI调节器分别输出d-q坐标系上的电压矢量，再转换为静止坐标系上的电压矢量。这种控制方法，需要将静止坐标系变换为旋转坐标系，本质上与矢量控制一样。
文献[10]根据磁链幅值和转矩通过预测控制选择合适的电压矢量，再通过SVM控制电动机旋转。文献[11]分析了同步磁阻电动机转矩和转矩角的关系，对电磁转矩进行比例调节，得到所需的转矩角和相应的参考电压空间矢量。
本文对SynRM的SVM-DTC展开研究。根据磁链幅值和转矩通过预测控制得到参考电压矢量，再通过SVPWM逆变器驱动电动机旋转。对于SynRM的SVM-DTC中功率因数较低的问题，本文提出变磁链幅值的SVM-DTC方案。通过计算得到使功率因数最大的最优磁链幅值，将最优磁链幅值做为给定值输入SVM-DTC系统，能较大地提高电动机运行时的功率因数。最后通过Matlab/Simulink数值仿真验证本文方案的有效性。
图1 SVM-DTC控制原理
图4 变磁链幅值SVM-DTC原理图
本文对应用前景良好的同步磁阻电动机展开了研究。分析了同步磁阻电动机SVM-DTC基本原理，根据同步磁阻电动机的数学模型，提出一种基于预测控制的SVM-DTC方案。并通过理论分析，推导了同步磁阻电动机的功率因数与转速和功率角的关系，再由功率角计算出磁链幅值。提出了一种变磁链幅值的SVM-DTC方案。通过确定最优功率角，选择与功率角以及转矩对应的磁链幅值作为给定值。
利用Matlab/ Simulink搭建了恒定磁链幅值和变磁链幅值两种控制方案的仿真模型。仿真结果表明，变磁链幅值SVM-DTC方案能明显提高电动机在稳态时的功率因数，证明了该方案的有效性。