开绕组永磁同步电机零序电流抑制研究

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开绕组永磁同步电机(Open-End Winding Permanent Magnet Synchronous Motor,OEW-PMSM)由于直流母线利用率高、输出容量大等优势获得广泛关注。共直流母线双逆变器供电的OEW-PMSM系统中存在零序环流,考虑到系统稳定运行,需对其加以抑制。本文以共直流母线OEW-PMSM系统为研究对象,以零序电流抑制为研究目的,主要围绕以下内容展开工作。首先,建立自然坐标系、旋转坐标系内OEW-PMSM数学模型,以及共直流母线双逆变器系统模型,分析电压空间矢量分布及逆变器输出共模电压;以此建立零序回路数学模型,从电机、逆变器两方面分析零序电流产生原理,为零序电流抑制建立理论基础。其次,采用比例谐振控制器并结合共模电压可控空间矢量脉宽调制实现零序电流抑制。利用比例谐振控制器在谐振频率处具有较高增益的特点,通过正确设定参数,可有效抑制零序回路中三倍频分量。同时,调整SVPWM中两个零矢量作用时间分配,逆变器可将比例谐振控制器计算得到的共模电压输出,对零序电流有效抑制。通过仿真验证该零序电流抑制策略性能。针对矢量控制系统中电流调节器多设计复杂等缺点,提出采用零矢量和有效矢量相结合的有限集模型预测控制策略。通过在一个开关周期内插入零矢量可有效解决传统单矢量方式产生高次谐波电流问题,给出备选有效电压矢量集简化方法,结合无差拍控制计算矢量作用时间,依据开关状态和开关次数优化开关序列生成。仿真结果验证改进模型预测控制策略的优化效果。最后,为了验证所提出控制策略的有效性和可行性,搭建共直流母线OEW-PMSM系统实验平台,分别实现矢量控制、模型预测控制算法。实验结果表明,本文提出的控制策略能够有效抑制共直流母线OEW-PMSM系统中的零序电流,并获得良好的稳态和动态性能。
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