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永磁同步電機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因其結(jié)構(gòu)簡單可靠、功率密度大、控制精度高等優(yōu)勢，在工業(yè)、交通及軍事等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在傳統(tǒng)PMSM系統(tǒng)中，電機(jī)是通過單一逆變器進(jìn)行供電，但受限于開關(guān)器件的耐壓等級，PMSM在大功率場合下的應(yīng)用受到了限制。

為此相關(guān)學(xué)者提出了將開繞組結(jié)構(gòu)應(yīng)用于PMSM的思路，即通過將傳統(tǒng)PMSM的定子繞組中性點(diǎn)打開并額外接入一個逆變器，使得電機(jī)通過兩個逆變器同時進(jìn)行供電，稱為開繞組永磁同步電機(jī)（Open-Winding PMSM, OW-PMSM）。因此，在相同功率等級的開關(guān)器件下，OW-PMSM額定功率可以增加一倍。此外，兩個逆變器供電使得OW-PMSM系統(tǒng)呈現(xiàn)出多電平調(diào)制特性，且具備了較強(qiáng)的容錯運(yùn)行能力。

根據(jù)OW-PMSM系統(tǒng)中電機(jī)兩側(cè)的逆變器是否采用同一個電壓源進(jìn)行供電，可以將其分為隔離直流母線系統(tǒng)與共直流母線系統(tǒng)，兩種結(jié)構(gòu)分別如圖1a和圖1 b所示。與圖1a所示隔離母線系統(tǒng)相比，圖1b中的共直流母線系統(tǒng)僅需一個電壓源，可以有效降低系統(tǒng)的成本和體積，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

圖1 開繞組電機(jī)系統(tǒng)兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

但是這種系統(tǒng)中存在零序電流（Zero-Sequence Current, ZSC），會造成轉(zhuǎn)矩脈動和額外損耗，影響OW-PMSM系統(tǒng)運(yùn)行性能。因此，抑制ZSC已經(jīng)成為共直流母線OW-PMSM系統(tǒng)中的一個熱點(diǎn)研究問題。

傳統(tǒng)PMSM結(jié)構(gòu)在出現(xiàn)斷相故障時，必須對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)才可以實(shí)現(xiàn)容錯運(yùn)行?；诖?，中國礦業(yè)大學(xué)、淮陰師范學(xué)院的研究人員，提出了斷相故障下共直流母線OW-PMSM系統(tǒng)的控制策略。

圖2 繞組斷相下OW-PMSM系統(tǒng)控制框圖

在OW-PMSM系統(tǒng)正常狀態(tài)下，ZSC可以通過對三相定子繞組電流求和取平均的方式得到。但這種ZSC的獲取方法在相繞組斷相故障下不再適用?？紤]到斷相故障下剩余兩相電流的相位關(guān)系，研究人員通過建立靜止坐標(biāo)系下電流分量、同步軸系下電流分量及ZSC之間的數(shù)學(xué)模型，深入分析同步軸系下二倍頻及四倍頻電流分量與ZSC的關(guān)聯(lián)。進(jìn)而設(shè)計(jì)了基于比例積分諧振（Proportional Integral Resonance, PIR）控制的OW-PMSM系統(tǒng)在斷相故障下的ZSC抑制方案。

此外，根據(jù)斷相故障下OW-PMSM系統(tǒng)電壓矢量分布的特點(diǎn)，提出了一種通過兩個互相垂直的非零電壓矢量來調(diào)制參考電壓矢量的方法。最后在實(shí)驗(yàn)平臺上對本文提出的共直流母線OW-PMSM系統(tǒng)在斷相故障下的ZSC抑制策略進(jìn)行了驗(yàn)證。

圖3 實(shí)驗(yàn)平臺

研究人員最后得出以下結(jié)論：

1）斷相故障下由于原有的三相電流平衡關(guān)系被打破，導(dǎo)致同步軸系下OW-PMSM電流分量中含有較大的二倍頻分量及四倍頻分量，造成這些諧波分量的主要有a、b相電流的相位差及ZSC。

2）針對同步軸系中電流諧波分量的分析結(jié)果，設(shè)計(jì)了基于PIR控制的ZSC抑制方案，該方案可以對同步軸系下電流中的二倍頻及四倍頻分量進(jìn)行有效的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對ZSC的抑制。

3）根據(jù)斷相故障下OW-PMSM系統(tǒng)電壓矢量分布的特點(diǎn)，提出了一種基于正交電壓矢量調(diào)制合成參考電壓的統(tǒng)一調(diào)制法，可以根據(jù)參考電壓的大小和極性判別直接生成調(diào)制脈沖序列，從而簡化了斷相故障下共直流母線OW-PMSM系統(tǒng)調(diào)制的復(fù)雜性。