开绕组永磁同步电机隔离双电源双逆变器调制策略研究

摘要

近年来，由于电动汽车、风力发电、大功率传动等领域的需求，开绕组电机研究得到了飞速的发展。开绕组电机是将Y型接法的电机定子绕组打开，并在其两端分别接一个逆变器供电，施加在电机上的电压由两个逆变器的开关状态共同决定。隔离母线型开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)以其主回路无零序电流、运行状态稳定和功率因数高等优点受到学者们的广泛关注。
　　本文主要针对隔离母线型OW-PMSM，对双逆变器调制算法进行了重点研究。鉴于传统双逆变器调制算法存在开关损耗高、谐波含量大等问题，提出了一种新的双逆变器调制算法:统一空间矢量调制算法。通过该算法，可利用两个逆变器来模拟单逆变器系统的参考电压矢量合成过程，实现两个逆变器的协同控制，并将双逆变器系统总的开关次数降低到电压二分法采用双SVM调制算法时的1/3。另外，该调制算法不受逆变器直流母线电压的限制，理论上可在两逆变器直流母线电压为任意比值的条件下正常运行。为进一步简化该调制算法，将参考电压矢量对应的三相分量引入到统一空间矢量调制算法当中，在算法实施过程中消除了扇区判断和减少了三角函数计算。通过实验，验证了本文所提调制算法的有效性和优越性。由于凸极式永磁同步电机的dq轴电感值不相等，传统基于电流纹波有效值的调制算法输出性能评价方法将变得非常复杂。为此，提出了一种新的输出性能评价指标----电压合成误差面积，并在仿真和实验中对三种调制算法的输出性能进行了比较分析和验证。为抑制隔离母线型开绕组永磁同步电机中存在的共模电压，研究了两种共模电压抑制方法：零共模电压瞬时值输出的SVM调制算法；零共模电压平均值输出的PWM调制算法。为简化这两种调制算法，在算法实施过程中消除了扇区判断和减少了三角函数计算，本文将参考电压矢量对应的三相分量引入到算法中，实现了无扇区化。最后，通过仿真对比了几种不同调制算法的共模电压输出情况。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 电动汽车驱动电机分类

1．1．2 电动汽车动力电池系统

1．2 开绕组永磁同步电机驱动系统的研究现状

1．2．1 基于不同供电方式的拓扑结构

1．2．2 基于不同变换器类型的多电平拓扑结构

1．2．3 开绕组永磁同步电机控制算法的研究现状

1．3 双两电平电压型逆变器系统调制算法的研究现状

1．4 双逆变器系统调制算法输出性能的评价方法

1．5 双逆变器系统输出共模电压抑制的研究现状

1．6 本文的主要研究内容

第2章 OW-PMSM数学模型及常规控制策略

2．1 引言

2．2 OW-PMSM数学模型

2．2．1 坐标系及变换矩阵

2．2．2 数学模型

2．3 OW-PMSM控制策略

2．4 传统调制方法

2．4．1 电压二分法

2．4．2 交换子六边形中心PWM法

2．5 本章小结

第3章 基于统一空间矢量的双逆变器调制技术

3．1 引言

3．2 统一空间矢量调制技术

3．2．1 Vdc1=Vdc2时统一空间矢量调制方法的实现

3．2．2 Vdc1≠Vdc2时统一空间矢量调制方法的实现

3．3 统一空间矢量调制的无扇区实现

3．3．1 无扇区的基本思想

3．3．2 Vdc1=Vdc2时统一空间矢量调制方法的无扇区实现

3．3．3 Vdc1≠Vdc2时统一空间矢量调制方法的无扇区实现

3．4 仿真验证

3．4．1 统一空间矢量调制算法的常规实现和无扇区实现验证

3．4．2 不同调制算法输出性能的对比

3．5 实验验证

3．6 本章小结

第4章 基于电压误差面积的PMSM输出性能评估方法

4．1 引言

4．2 基于电压误差面积的PMSM输出性能评估方法

4．2．1 基本思想

4．2．2 统一空间矢量调制算法的电压误差面积计算

4．2．3 电压二分法采用双SVM调制算法的电压误差面积计算

4．2．4 变换子六边形中心PWM调制算法的电压误差面积计算

4．2．5 不同速度范围内不同调制算法的输出结果

4．3 仿真分析

4．4 实验分析

4．5 本章小结

第5章 OW-PMSM中共模电压的抑制

5．1 引言

5．2 双逆变器系统输出共模电压的定义

5．3 具有零共模电压瞬时值输出的SVM调制算法

5．3．1 参考电压矢量的合成原理

5．3．2 无扇区零共模电压输出的SVM调制算法

5．4 具有零共模电压平均值输出的PWM调制算法

5．4．1 参考电压矢量合成原理

5．4．2 无扇区零共模电压平均值输出的PWM调制算法

5．5 仿真验证

5．5．1 无扇区实现验证

5．5．2 不同调制算法对应的共模电压输出

5．6 实验验证

5．7 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果