双向变换器工作在逆变和整流模式下，其控制方案也截然不同，因此，这里分别进行讨论。

1.双向变换器工作在逆变状态时的控制方案

双向变换器工作在逆变状态时，MTG系统处于起动阶段，双向变换器将蓄电池的直流电逆变为输出电源频率和电压都在变的三相交流电，拖动高速永磁同步电机转速不断提高。此时，系统主电路结构如图5-9所示。在起动过程中，双向变换器完成变频起动功能。对双向变换器的控制方案进行研究，首先需要对双向变换器和永磁同步电机的控制策略进行研究。

图5-9 双向变换器工作在逆变状态下电路结构示意图

同步电机没有转差，也就没有转差功率，因此同步电机调速系统属于转差功率不变型。并且，由于同步电机的极对数是固定的，因此其调速只能靠控制频来实现。从控制频率的方法上，同步电机变频调速系统可以分为他控变频和自控变频两大类。和异步电动机一样，用独立的变频装置给同步电机提供变压变频电源系统的称为他控变频调速系统。采用电机轴上所带的转子位置监测器来控制变频装置脉冲时刻的称为自控变频调速系统。由于自控式变频调速类似于直流发电机改变电枢电压的调速方法，在结构上显得比较复杂，因此在中小功率场合极少采用，这里主要对他控变频调速方法进行研究。

在电机的调速控制方法中，变频变压（VVVF）的调速方法相对比较简单，而且具有20多年的发展经验，技术比较成熟。由电机学原理可知，同步电机转速为

式中p_n为电机极对数；f_s为定子频率（Hz）。(www.daowen.com)

由式（5-1）可以看出，若均匀地改变定子供电频率，则可以平滑地改变电机的同步转速，这就是双向变换器作为起动变频器的工作原理。变频调速控制方法有多种，按脉冲调制方法分为多脉冲PWM控制、SPWM控制及空间电压矢量控制等。其中，多脉冲PWM控制谐波含量太大，不适合用于永磁同步电机的控制；SPWM控制相对电压空间矢量控制直流侧电压利用率不高；而空间电压矢量控制具有直流侧电压利用率高，在调控输出电压基波大小的同时也可以减小输出电压谐波，且减少逆变器状态转换时开关管状态转换的次数，在获得相同的输出电压波形质量的情况下，开关器件的工作频率也可以低一些。另外，起动变频器输出主要是用于永磁同步电机的调速，采用空间电压矢量PWM控制，可以更好地满足MTG系统的运行特点。

对于永磁同步电机的控制，当前也有很多种控制方法，磁场定向的矢量控制、直接转矩控制、智能控制及自适应控制等。矢量控制采用坐标变换的方法，分别控制励磁电流分量和转矩电流分量，具有和直流电动机一样好的动态调速特性。这种方法采用了坐标变换，所以对控制器的运算速度、处理能力等性能要求较高，随着DSP等控制芯片的出现，这种控制方法应用很广泛。直接转矩控制是一种新型的控制方法，省去了复杂的空间坐标变换和电机模型，但目前尚有些问题未解决，未能产品化。自适应控制是自动控制的一个分支，它是随着控制对象的复杂化，当动态特性不可知或发生不可预测的变化时，为得到高性能的控制器而产生的，可以自动进行参数辨识和克服电机参数不准确带来的影响，广泛应用在永磁同步电机控制系统中。

2.双向变换器工作在整流状态时控制方案

双向变换器工作在整流状态时，MTG系统处于正常工作状态，此时系统的主电路结构如图5-10所示。双向变换器作为整流器将输入三相交流电整流成直流，一方面作为主逆变的输入直流电源，另一方面为蓄电池充电。

图5-10 双向变换器工作在整流状态下主电路结构示意图

对于三相整流器而言，一般有不控整流和可控整流两种工作模式。不控整流主要采用不控二极管作为功率开关管，具有结构简单和价格便宜等优点，但输出电压不可控制，且输出功率因数低；可控整流电路采用可控开关管作为功率管，可以控制输出电压的大小，并且具有降低变换器谐波和稳定输出等优点，现在广泛应用在各种整流电路中。由于不控整流非常简单，这里不作论述，下面主要讨论用可控整流作为双向变换器工作在整流状态时的控制策略。

可控整流又可以分为相控整流和PWM整流这两种控制方法。其中，相控整流主要采用晶闸管作为功率开关管，通过控制导通角的大小来实现对输出电压幅值的控制，这种控制方式结构简单且控制技术成熟，但交流输入功率因数低，并向电网注入大量的谐波和无功，造成严重的电网“污染”；而PWM整流控制具有输入功率因数接近1、交流侧的电流基本接近正弦波，以及对电网的谐波污染小等优点，完全可以取代相控式整流电路。对于PWM整流，按电流控制方式又可以分为滞环电流控制、固定开关频率电流控制及空间矢量电流控制等。