- 頭條浙大學者提出一種新型主從繞組電機驅動系統，系統損耗可降低30%2022-05-11 作者：梁梓鵬、胡斯登 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語針對大功率電機驅動系統工作在低載波比下引起的轉矩脈動問題，浙江大學電氣工程學院的研究人員梁梓鵬、胡斯登、李釗、吳立建，在2021年第24期《電工技術學報》上撰文，提出一種基于雙定子繞組結構的主從繞組電機驅動系統。研究結果表明，實現相同轉矩脈動指標，主從繞組系統損耗可以降低30%左右，明顯優于現有高載波比三相系統。
由于電力電子功率器件開關損耗的限制，大功率電機驅動變換器載波比通常較低，嚴重的定子電流與磁鏈諧波造成轉矩脈動以及轉矩精度惡化。近年來，隨著電機在伺服系統等高端大型裝置中的應用，如何提高大功率電機的輸出轉矩性能成為迫切需要解決的問題。
特定諧波消除等脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation, PWM）優化方法盡管抑制了部分轉矩脈動，但仍受制于載波比約束，轉矩脈動抑制效果有限。寬禁帶器件應用、多電平技術等通過提升驅動器載波比或等效開關頻率等方法抑制諧波，但成本、系統復雜度等問題限制了此類方案的推廣應用。
從電勵磁同步電機、雙饋發電機等多繞組電機應用表明，結合新型電力電子變換技術將顯著提升電機性能。電勵磁與混合勵磁同步電機通過調節轉子直流勵磁，使電機在高速工況下具有更好的弱磁能力。而雙饋發電機通過控制轉子繞組交流勵磁電流相位調整機組功率角，使其有功和無功功率獨立可調，在電網電壓跌落等情況下相比單繞組電機具有更好的穩定性。上述結構表明，通過電力電子技術控制多繞組磁鏈組合是提升電機驅動性能的新途徑。
結合雙繞組電機多自由度特性，參考有源濾波系統高頻電流發生與諧波補償的原理，浙江大學電氣工程學院的研究人員構建了一種包含主功率繞組與輔助功率繞組的主從繞組結構電力電子驅動系統。利用向從繞組中注入高頻諧波電流形成高頻補償磁鏈與低載波比工況下的主繞組側低頻磁鏈線性組合，重新形成新的圓形組合磁鏈，從而抑制轉矩脈動，具有轉矩脈動小、效率高、動態優越等優勢。
圖1 實驗平臺
研究人員闡述了電機中主從繞組的磁鏈組合與轉矩補償原理，并給出主從繞組的設計指標；其次，針對從繞組側高頻諧波電流注入方式、控制策略等問題進行詳細分析。
損耗分析表明，在輸出轉矩指標接近的情況下，本驅動系統相比高載波比三相系統可大幅降低變換器損耗。仿真與實驗驗證了本驅動系統及控制策略的有效性。研究成果對電機驅動系統的集成化設計及變頻系統的諧波抑制研究均有重要參考作用。
本文編自2021年第24期《電工技術學報》，論文標題為“主從繞組電機驅動系統及控制策略研究”，作者為梁梓鵬、胡斯登 等。
