三电平六相同步电机变频调速技术研究

中压逆变技术是大容量变频调速的首选方案,但受到功率器件耐压等级和导通电流的限制,仅仅依靠中压逆变技术来进一步提升调速系统的容量已经变得非常困难。多相电机是实现大容量传动的又一途径。该文以这两种技术为研究背景,探索结合中压逆变技术和多相电机技术的调速方案：文章在三相同步电机矢量控制的基础上扩展建立了六相同步电机的气隙磁通定向矢量控制方法和六相同步电机的气隙磁链观测技术;文章将六相逆变器分解为两个三相逆变器来控制,从而简化了六相三电平逆变器的空间矢量调制和中点电位平衡处理。作者利用这些技术设计开发了"690V/ 200kW三电平六相同步电机变频调速装置",并在该装置上进行大量动态和稳态实验研究,取得良好的运行效果。     

多相感应电机调速系统的发展现状和应用前景

介绍了多相感应电机调速系统的优缺点,通过回顾其发展历史和了解其当前的发展现状,指出多相电机调速系统应用的广阔前景。最后,介绍了当前的几个研究热点问题,并就发展方向提出了一点设想。     

基于矢量控制的多相感应电机电子变极调速技术

为了拓宽交流传动系统的恒功率调速运行范围,在研究多相系统变换理论和多相电机矢量控制的基础上,提出了一种基于转子磁场定向矢量控制的多相感应电机电子变极调速方法。该方法不需要额外增加电机的容量或电流,通过转子磁场定向矢量控制产生不同平面的谐波电流,驱动电机旋转,从而控制电机实现了在不停电情况下的电子变极,而且变极过程平滑,无大的转矩波动。本文以九相感应电机为例,对提出的方法进行实验验证,给出了其在转子磁场定向矢量控制下的3对极和9对极之间相互电子变极的实验结果。实验结果表明,所提出的方法能够在不停电的情况下实现电子变极调速,有效地提高了电机恒功率调速运行范围。     

多相感应电机的电子变极技术

传统感应电机构成的交流传动系统恒功率运行区间是有限的,为了使交流传动系统具有宽广的恒功率调速运行范围,在多对极多相系统变换理论的基础上,提出通过多相电机的电子变极实现宽范围恒功率调速.利用多相电机具有多个控制自由度的特点,通过多相电机转差频率控制产生不同平面的谐波电流,使电机在不同极对数的旋转磁场下运行,实现了在不停电情况下的电子变极.给出了9相感应电机3对极和9对极的变极实验,实验结果表明多相电机能够在不停电的情况下实现变极,从而可有效地拓宽恒功率调速运行范围.     

基于NPC三电平九相磁通切换永磁电机的控制

多电平逆变技术是大容量变频调速的首选方案,结合多相电机技术可以进一步提升调速系统的容量。本文对中点钳位(neutral point clamped,NPC)型三电平逆变器供电的10 k W、九相磁通切换永磁(flux-switching permanent magnet,FSPM)电机调速系统进行了仿真和实验研究,探索结合多电平逆变技术和多相电机技术的调速方案。在三相FSPM电机矢量控制的基础上扩展建立了九相FSPM电机的定子磁场定向矢量控制方法,分析了调速系统采用两种载波PWM方式下产生的电压和电流波形。另外,3、5、7次谐波电流的解耦闭环控制成功消除了直流侧中点电位偏移。最后仿真和实验结果证明了理论分析的正确性和有效性。     

多相永磁电机的数学模型及其调速系统的研究

本文考虑到了永磁电机磁路较为饱和及永磁体工作点变化等特点,将交流电机的多回路理论与电磁场的有限元方法结合起来建立了多相永磁电机的多回路一有限元数学模型,并设计了九相永磁同步电动机的调速系统,经过仿真分析和实验验证表明,所建的多相永磁电机的多回路-有限元数学模型是正确的,设计的电机调速系统是有效的。     

多相感应电机指数响应电子变极方法研究

为了拓宽多相交流传动系统的调速范围,在多相系统变换理论和多相电机矢量控制的基础上,提出了一种基于指数响应的多相感应电机电子变极调速方法。该方法通过转子磁场定向矢量控制产生不同极对数的谐波电流来驱动电机旋转,不同极对数的转矩电流按照指数曲线进行切换,从而控制电机实现了在不停电情况下的电子变极,解决了变极过程中转矩和速度波动大的问题。该文以五相感应电机为例,对提出的变极方法进行实验验证,给出了其在转子磁场定向矢量控制下的1对极和2对极之间相互电子变极的实验结果,实验结果表明所提出的方法能够在不停电的情况下实现平滑的电子变极调速,使转矩和转速波动减弱。     

基于IGCT三电平多相同步电动机调速系统的电枢反应

多相同步电动机的电压矢量、电流矢量及其相关参数众多,使得多相同步电动机的调速控制比普通三相电机的控制复杂得多.本文对自主研制的基于IGCT(集成门极换相晶闸管)的1MW、十二相三电平同步电动机调速系统进行了试验研究,分析了调速系统采用电流滞环控制方式下产生的电压和电流波形;并采用二维有限元法计算了电机运行时的电磁场,研究了多相电机电枢反应对电机磁场、相反电动势的影响.试验验证了理论分析的正确.     

一种新颖的用于六相感应电机调速系统的空间矢量PWM方法

基于三相调速系统中传统的空间矢量理论和统一电压调制技术,本文提出了一种新颖的用于六相感应电机调速系统的空间矢量SVPWM方法.该方法有效地抑制了电压源逆变器供电的六相感应电机中定子谐波电流,提高了直流母线电压利用率,且易于实现,执行速度快,极易推广到以三相组为子集的多相感应电机调速系统PWM控制中.本文给出了这种SVPWM方法具体的实现思路,通过数字仿真和实验结果将它与传统的SPWM和SVPWM方法做了深入的分析和比较研究,研究结果验证了该算法的有效性,它具有谐波电流最小和实现简单的突出优点,在多相PWM逆变器控制中有广阔的应用前景.     

2001年第Ⅰ～Ⅳ期总目录

·电机设计·多相电机的绕组设计……………………………周启章（Ⅰ－３）一种新型同步磁阻电动机的设计…………………………………………………林秋华 吴汉光（Ⅰ－６）非全均压单叠绕组电枢的片间电阻………卜纪民（Ｉ－１０）带空／水冷却器直流电机的设计……王立宪 陈建民（Ⅰ－１３）无刷直流电动机的绕组联接和相数选 择……………………………………………曹荣昌（Ｉ－１７）变频调速异步电动机转矩设计分析…………周启章（Ⅱ－１）交流变频调速电机设计…………………刘雪波（Ⅱ－６）高压无刷相复励发电机……………………王大…     

多相永磁同步电动机调速系统建模与工程实现

在分析多相永磁同步电动机(PMSM)调速系统特性的基础上,对其建模过程进行了详细阐述.在此基础上,搭建了六相PMSM基于磁场定向控制的双闭环调速系统仿真模型.探讨了多相PMSM调速系统工程实现的一些问题,设计了采样、保护、故障处理等硬件电路和中断处理、故障诊断等软件部分.仿真结果证明了该系统建模和算法的准确性,并对工程实现上的硬件电路进行了设计.     

大功率多相变频驱动系统设计

与传统三相变频器相比,大功率多相变频驱动系统在功率不变的情况下可以通过增加相数降低电压,并在极短时间内进行飞车起动、在缺相情况下进行并网、旁路运行。整个系统具有安全可靠、系统效率高、低振动、低噪声、低成本、节能环保等优点。对高低压转换星型多相变频驱动系统拓扑结构进行了详细说明,对大功率多相变频驱动系统进行了参数与结构设计,并通过工程样机测试验证,依据数据分析、试验结果、现场运行验证了该产品的先进性。     

基于DSP的六相永磁同步电动机调速系统

根据多相永磁同步电动机(PMSM)的调速系统特性建立数学模型,并搭建了基于dq坐标系的六相PMSM磁场定向控制的双闭环调速系统仿真模型.在仿真模型基础上,设计实现了基于数字信号处理器(DSP TMS320LF2407A)的六相PMSM调速系统控制器,并且对工程实现的若干问题进行了阐述,详细地设计了相关硬件电路和软件部分...     

基于自抗扰控制的对称六相PMSM与三相PMSM串联系统

多台多相电机串联驱动系统可以实现单台逆变器驱动多台电机的独立运行,与传统的多电机变速驱动系统相比有助于节省逆变器的数量和安装空间。多台多相电机串联驱动系统的转速调节多采用经典的PI控制,存在快速性与超调的矛盾,系统抗干扰能力比较弱。以对称六相和三相PMSM双电机串联系统为研究对象,将自抗扰控制(ADRC)应用到该串联系统的转速调节中,搭建起了基于ADRC速度调节器的对称六相和三相PMSM双电机串联驱动系统模型,通过仿真证明了自抗扰控制可以实现对转速的快速无超调跟踪,并提高系统的鲁棒性。     

Analysis of a Multiphase Induction Machine Under Fault Condition in a Phase-Redundant A.C. Drive System

Phase-redundancy is a unique technique for improving the reliability of large variable speed AC drives. This technique, derived from the concept of parallel-redundancy, is based on the capability of a multiphase machine to start and continue running with one or more of its many stator phases open or short circuited with lower performance. Structural unbalance in the machine following loss of excitation is the main source of performance degradation. This paper, therefore, presents a simple generalized approach to analyze the dynamic as well as steady-state behavior of a multiphase induction machine during fault condition in a phase-redundant AC drive system. The key analytical results have been experimentally verified by tests conducted on a laboratory prototype.     

多相感应电机的非正弦供电技术

为充分利用多相电机的多控制自由度,分析了多相集中整距绕组感应电机非正弦供电的原理,对九相集中整距绕组感应电机分别在正弦和非正弦供电下的输出转矩和电机效率进行仿真分析.在保持2种供电模式下电机齿、轭部磁密幅值分别相等、定子铜耗相同的前提下,与正弦供电相比,重载下非正弦供电时电机输出转矩提高了约7%,电机效率也有所提高.构建了一套多相变频调速系统,在该系统下对上述理论进行实验验证,并同时与一台三相正弦绕组感应电机正弦供电作对比.实验结果表明,重载下多相集中整距绕组感应电机非正弦供电时可以提高输出转矩,改善电机效率,并分析了重载下多相集中整距绕组感应电机非正弦供电时电机效率和输出转矩提高的原因.     

FPGA在大功率多相变频调速系统中的应用

针对大功率多相感应电机变频调速系统中PWM信号通道多和难同步的问题,提出一种基于PWM IP核的多路PWM发生器的设计方法,利用搭积木的方法可方便构建任意路PWM发生器.多路PWM发生器通过采用同一时基和各自独立的控制寄存器,可实现PWM信号的严格同步和不同调制策略.利用FPGA的硬件并行性,实现高性能的三角载波发生器和高可靠性的故障保护.基于FPGA和DSP构建一个多相变频调速系统硬件平台,在一台九相感应电机上完成SPWM调制的变频变压控制.实验结果表明FPGA应用于大功率多相变频调速系统具有通用性、灵活性和高可靠性.     

六相永磁同步电机SVM-DTC系统研究

基于多相电机和永磁同步电机的优点,多相永磁同步电机(PMSM)的研究受到越来越多学者的关注。为了解决永磁同步电机传统直接转矩控制中存在的转矩和磁链脉冲大的问题,该文以双Y移30°永磁同步电机为例,提出了基于空间电压调制(SVM)策略的直接转矩(DTC)控制。给出了系统的数学模型以及工作原理,分析了SVM-DTC的具体实现方法。在Matlab/simulink环境下,对电机的变载、变速运行进行了仿真分析,结果表明该方法能够可靠、有效的控制电机运行,且具有良好的静态和动态性能。