團隊介紹

閆文舉

副教授，碩士生導師。2018年博士畢業(yè)于中國礦業(yè)大學電氣工程專業(yè)，現(xiàn)主持國家自然科學基金青年項目、中國博士后科學基金面上項目、江蘇省自然科學基金青年項目、江蘇省博士后科學基金、中國礦業(yè)大學科研啟動基金、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)表學術論文二十余篇，第一作者10篇，第二作者7篇；授權發(fā)明專利8項；出版學術專著1本。

陳昊

教授，博士生導師。多年來一直從事新能源發(fā)電與電動車電機及電力電子方面的應用基礎理論研究與技術開發(fā)。

研究背景

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

本團隊提出了一種磁場解耦型雙定子開關磁阻電機新結構，通過改善電磁路徑、提高電磁空間利用率和機電能量轉換率，有效提高了電機的功率密度，通過對內(nèi)外定子所產(chǎn)生的轉矩進行分別控制降低了轉矩脈動。但是該電機具有內(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)的功率變換器結構已經(jīng)不能滿足本團隊所設計電機功能需求。

論文所解決的問題及意義

針對本團隊所提出的新型雙定子開關磁阻電機具有內(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)的功率變換器結構已經(jīng)不能滿足本團隊所設計電機功能需求的問題，該文提出了一種新型的功率變換器，拓寬了驅動系統(tǒng)的運行范圍和高效運行區(qū)，為開關磁阻電機驅動系統(tǒng)在電動汽車領域的推廣應用奠定基礎。

論文方法及創(chuàng)新點

本文在不對稱半橋功率變換器的基礎上，通過推演、衍變，提出一種能夠實現(xiàn)樣機五種工作模式的新型功率變換器拓撲結構，圖1給出了所提出的驅動樣機整體功率變換器拓撲，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色虛線方框和藍色點劃線方框。

圖1 所提出的功率變換器拓撲結構

根據(jù)電動汽車在有坡度路面時的受力、電機的轉矩-轉速特性，電動汽車與電機的運行模式對應關系如圖2所示。圖3給出了驅動系統(tǒng)的瞬態(tài)性能曲線。

圖2 電動車運行工況與電機運行模式對照圖

圖3 驅動系統(tǒng)的瞬態(tài)測量結果

結論

(1)本文所提出的功率變換器能夠實現(xiàn)新結構電機五種工作模式的無縫切換，同樣本功率變換器也能夠應用于雙電機驅動系統(tǒng)中，實現(xiàn)雙電機的五種工作模式。

(2)在低速階段，驅動系統(tǒng)五種工作模式下轉矩輸出能力由強到弱分別為雙定子、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，驅動系統(tǒng)五種工作模式下電機轉矩輸出能力由強到弱分別為內(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，驅動系統(tǒng)五種工作模式下轉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，驅動系統(tǒng)五種工作模式下轉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, 廖朔. 一種用于電動汽車磁場解耦型雙定子開關磁阻電機的新型功率變換器[J]. 電工技術學報, 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.