團(tuán)隊介紹

閆文舉

副教授，碩士生導(dǎo)師。2018年博士畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)電氣工程專業(yè)，現(xiàn)主持國家自然科學(xué)基金青年項目、中國博士后科學(xué)基金面上項目、江蘇省自然科學(xué)基金青年項目、江蘇省博士后科學(xué)基金、中國礦業(yè)大學(xué)科研啟動基金、校基本科研基金青年項目各1項；參與國家自然科學(xué)基金和國際合作項目7項，省部級和企業(yè)合作項目多項。近五年發(fā)表學(xué)術(shù)論文二十余篇，第一作者10篇，第二作者7篇；授權(quán)發(fā)明專利8項；出版學(xué)術(shù)專著1本。

陳昊

教授，博士生導(dǎo)師。多年來一直從事新能源發(fā)電與電動車電機(jī)及電力電子方面的應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究與技術(shù)開發(fā)。

研究背景

開關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)加固、成本低、弱磁性能好、過載和容錯能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但其轉(zhuǎn)矩脈動大、功率密度低的缺點(diǎn)限制了開關(guān)磁阻電機(jī)在電動汽車領(lǐng)域的發(fā)展。要使其成為永磁電機(jī)的一種可行的替代方案，必須提高開關(guān)磁阻電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩特性。

本團(tuán)隊提出了一種磁場解耦型雙定子開關(guān)磁阻電機(jī)新結(jié)構(gòu)，通過改善電磁路徑、提高電磁空間利用率和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換率，有效提高了電機(jī)的功率密度，通過對內(nèi)外定子所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分別控制降低了轉(zhuǎn)矩脈動。但是該電機(jī)具有內(nèi)定子、外定子、雙定子、內(nèi)外定子串聯(lián)和并聯(lián)五種工作模式，目前常規(guī)的功率變換器結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足本團(tuán)隊所設(shè)計電機(jī)功能需求。

論文所解決的問題及意義

針對本團(tuán)隊所提出的新型雙定子開關(guān)磁阻電機(jī)具有內(nèi)定子、外定子、雙定子、內(nèi)外定子串聯(lián)和并聯(lián)五種工作模式，目前常規(guī)的功率變換器結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足本團(tuán)隊所設(shè)計電機(jī)功能需求的問題，該文提出了一種新型的功率變換器，拓寬了驅(qū)動系統(tǒng)的運(yùn)行范圍和高效運(yùn)行區(qū)，為開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)在電動汽車領(lǐng)域的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

本文在不對稱半橋功率變換器的基礎(chǔ)上，通過推演、衍變，提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)樣機(jī)五種工作模式的新型功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，圖1給出了所提出的驅(qū)動樣機(jī)整體功率變換器拓?fù)?，包括四組不對稱半橋和四組三相對稱全橋橋臂，分別如圖1色虛線方框和藍(lán)色點(diǎn)劃線方框。

圖1 所提出的功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

根據(jù)電動汽車在有坡度路面時的受力、電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性，電動汽車與電機(jī)的運(yùn)行模式對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。圖3給出了驅(qū)動系統(tǒng)的瞬態(tài)性能曲線。

圖2 電動車運(yùn)行工況與電機(jī)運(yùn)行模式對照圖

圖3 驅(qū)動系統(tǒng)的瞬態(tài)測量結(jié)果

結(jié)論

(1)本文所提出的功率變換器能夠?qū)崿F(xiàn)新結(jié)構(gòu)電機(jī)五種工作模式的無縫切換，同樣本功率變換器也能夠應(yīng)用于雙電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，實現(xiàn)雙電機(jī)的五種工作模式。

(2)在低速階段，驅(qū)動系統(tǒng)五種工作模式下轉(zhuǎn)矩輸出能力由強(qiáng)到弱分別為雙定子、內(nèi)外定子并聯(lián)、內(nèi)外定子串聯(lián)、外定子和內(nèi)定子工作模式。在高速階段，驅(qū)動系統(tǒng)五種工作模式下電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力由強(qiáng)到弱分別為內(nèi)外定子并聯(lián)、雙定子、內(nèi)外定子串聯(lián)、外定子和內(nèi)定子工作模式。

在低速階段，驅(qū)動系統(tǒng)五種工作模式下轉(zhuǎn)矩脈動由小到大分別為雙定子、內(nèi)定子、外定子、內(nèi)外定子串聯(lián)和內(nèi)外定子并聯(lián)工作模式。在高速階段，驅(qū)動系統(tǒng)五種工作模式下轉(zhuǎn)矩脈動由小到大分別為內(nèi)外定子串聯(lián)、內(nèi)外定子并聯(lián)、雙定子、內(nèi)定子和外定子工作模式。

引用本文

閆文舉, 陳昊, 劉永強(qiáng), 廖朔. 一種用于電動汽車磁場解耦型雙定子開關(guān)磁阻電機(jī)的新型功率變換器[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2021, 36(24): 5081-5091. Yan Wenju, Chen Hao, Liu Yongqiang, Liao Shuo. A Novel Power Converter on Magnetic Field Decoupling Double Stator Switched Reluctance Machine for Electric Vehicles. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(24): 5081-5091.