开放式绕组直线游标永磁电机的单位功率因数容错控制

摘要

直线游标永磁（Linear Vernier Permanent Magnet，LVPM）电机因兼具游标电机高推力密度的电磁特性和永磁电机高效率及高功率密度等特点，在轨道交通等长行程运用领域具有很好的研究价值及发展前景。本文将以初级永磁型LVPM电机为控制对象，在分析其本体设计结构及电磁特性的前提下，从提升LVPM电机的运行性能出发，提出一种具备高冗余性、高功率输出能力的开放式绕组多电平拓扑结构。基于三相LVPM电机的开放式绕组拓扑，提出了具有简单高效、低开关频率特点的新型SVPWM调制方法。另一方面考虑到LVPM电机的低功率因数特性以及在实际驱动应用中的高可靠性需求，提出了具有单位功率因数的容错运行策略。对所提出的调制方式以及控制算法构建了仿真模型并建立了实验系统，仿真与实验均证明了所搭建的LVPM电机开放式绕组驱动系统及其调制与控制算法可行且运行效果良好。 论文的主要研究内容如下： 1. 分析了三相LVPM电机的拓扑结构及其电磁特性。在不同的参考轴系下构建了LVPM电机的数学模型，并对开放式绕组拓扑的基本供电原理展开研究，为更深入的分析与研究奠定基础。 2. 对开放式绕组驱动拓扑的基本电压矢量分布进行了分析，通过研究其基本矢量分布的空间特点，提出了一种简单易行、开关频率低的新型双逆变器SVPWM调制方式。 3. 针对 LVPM 电机功率因数偏低的特性，同时为了提升运行的可靠性，基于飞跨电容型开放式绕组提出了单位功率因数容错控制策略，保证在逆变器故障后能连续运行的前提下完成了电机有功与无功功率的解耦，释放了电源端逆变器的无功压力。 4. 设计了以DSP为核心处理器的LVPM电机开放式绕组驱动实验平台，介绍了硬件和软件的开发过程，为实验研究提供了可靠稳定的软硬件资源。 5. 搭建了完整的三相 LVPM 电机开放式绕组实验系统并给出了实验测试方案，以实验结果验证了适用于双逆变器的新型 SVPWM 调制策略以及单位功率因数容错控制算法的正确性及有效性。

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