基于谐波效应补偿的双三相永磁同步电动机两电机串联系统解耦控制方法研究

Dual three-phase PMSM two motor series-connected sysytem based on single inverter is a novel multi-machines drives system,the theory base of decoupling operating for the series-connected system is EMF of the PMSM must be sinusoidally distributed. However, the non-sinusoidal MMF and the non-linearities，faults or inbalance of the PWM inverter output voltage will result a series of current harmonics,which influence the decoupling operating of the two series-connected PMSMs. Thus, the main research include: 1) The harmonics sequence mapping laws of the non-sinusoidal time and space harmonic,the influence laws on the decouple operating and the optimal design rules of the series-connected PMSM. 2) The decouple control strategy for compensating harmonics effects of non-sinusoidal time and space harmonic for double three-phase PMSM two motor series-connected system. 3) The compensating control strategy of one-phase open fault tolerance for two dual three-phase PMSM series-connected system. 4) The direct utilization of the braking energy and control method with constant power operating mode of two dual three-phase PMSM series-connected system. The research can provide important significance for applicating of multi-machine series-connected system in military fields of electrical ships propulsion ,more electric aircraft and handling system of locomotive drive,steel finishing ,plastic film,etc.

单逆变器驱动双三相PMSM两电机串联系统是一种新颖的多电机系统，其解耦运行的理论基础是串联电机的电动势为正弦波，但是实际电机非正弦波气隙磁场的空间谐波、PWM逆变器非线性特性和死区效应以及电机参数的不对称与驱动系统的不平衡所带来的电流时间谐波，将会直接影响两台串联PMSM的完全解耦运行。为此，本项目主要研究：1）串联PMSM时空谐波分布规律，时空谐波对于串联电机各自独立运行的耦合效应以及串联PMSM的优化设计准则。2）补偿非正弦电流和磁场产生的时空谐波效应、消除力矩耦合影响的双三相PMSM两电机串联系统解耦控制策略。3）两台双三相PMSM串联系统缺相不平衡运行的补偿与解耦控制方法。4）两台双三相PMSM串联系统在恒功率运行状态下的能量利用和控制策略。本项目对于多台PMSM串联系统在舰船电力推进、飞机电传等军事装备以及交通牵引、钢铁、塑料等民用领域走向实用化具有重要的应用研究价值。

本项目以工业、军事中有潜在应用价值的一种新型多电机传动系统为研究背景，研究单逆变器驱动六相永磁同步电机双电机串联系统的解耦控制技术。. 提出了四种新颖的两台双三相PMSM串联规则以及一种新颖的双三相PMSM和两相PMSM三电机串联系统。建立了定子集中绕组下双三相PMSM绕组函数的付里叶变换表达式，研究了其中一台PMSM的高次谐波对另一台相串联PMSM电磁转矩的影响规律。针对表贴型和内装型永磁体转子结构，分别从数学机理研究了定子绕组在不同分布状态下、转子磁链正弦或非正弦分布等几种组合情况下该串联系统能否解耦运行，定量地研究了空间谐波对串联系统的解耦控制的影响关系。. 提出了一种消除空间谐波耦合效应的解耦补偿控制策略。在反馈通道上计算出空间谐波所引起的转矩脉动值，转化为力矩电流的脉动值并反向补偿给力矩电流的反馈值在电机内部消除空间谐波的影响，使输出转矩得到补偿。. 研究了双三相PMSM串联系统的多频载波PWM控制技术，提出了适用于该串联系统的SPWM技术中电流限制方法和直流母线电压的分配关系和直流母线电压利用率的提高方法，研究了串联系统多频输出的SVPWM技术。. 采用基于空间矢量调制的直接转矩控制技术研究双三相PMSM和两相PMSM的控制策略，提出串联系统的SVPWM-DTC解耦控制方法以及多频率输出电压生成方法，提出一种基于可变子周期的调制策略，提高了直流母线电压的利用率，减少开关频率，以获得开关损耗小，谐波含量小的输出电压。. 研究了双三相PMSM四相以下绕组断路的容错控制，研究电机A相断路故障下的磁势和转矩，对双三相PMSM串联系统A相断路故障情况进行研究，获得预期的容错控制效果。. 分别设计并制作了双三相永磁同步电机、三相永磁同步电机和两相永磁同步电机样机，构建了基于DSP2812的串联系统试验平台，并进行了相关的试验研究。. 研究成果有望为两台双三相永磁同步电动机串联系统在工业和军事装备中某些特殊场合的应用拓展了新思路。

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