← 返回
控制与算法
★ 5.0
采用直流零序电流的双逆变器供电可调磁场IPMSM
Dual Inverter Fed Adjustable Field IPMSM Using DC Zero-Sequence Current
| 作者 | Kiyohiro Iwama · Yutaro Hiyoshi · Toshihiko Noguchi |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 双逆变器系统 可调磁场永磁同步电机 直流零序电流 电机驱动 宽驱动范围 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种用于可调磁场永磁同步电机(PMSM)的双逆变器系统。可调磁场永磁同步电机可控制磁场磁通,以实现更广泛的驱动范围。然而,除了直轴(d轴)和交轴(q轴)电流外,磁场控制还需要一个新的电流。另一方面,双逆变器具有独特的特性,即通过在两个直流母线之间创建电流路径来控制直流零序电流。因此,将直流零序电流用作磁场控制电流,就有可能实现一种结合了双逆变器和可调磁场永磁同步电机两者优势的电机驱动方式。在本文中,制作了一台实际的可调磁场永磁同步电机,并通过仿真和实验验证了所提出的电机驱动系统的有效性和优越性。结果证实,与传统的单逆变器系统相比,所提出的双逆变器系统无需额外的直流/直流转换器即可实现相同的磁场可控性,同时保留了诸如总谐波失真(THD)低的输出电压和低电压波动等优点,这些优点有助于延长绝缘寿命。此外,该样机采用了基于哈尔巴赫阵列的不对称永磁体布置方式,我们将证实其比传统的恒定磁场永磁同步电机和常规的可调磁场永磁同步电机能够实现更广泛的驱动范围。
English Abstract
This article proposes a dual inverter system for an adjustable field permanent magnet synchronous motor (PMSM). The adjustable field PMSM can control a field flux to achieve an expansive driving range. However, a new current is required for the field control in addition to the d- and q-axis currents. On the other hand, the dual inverter has the unique feature of being able to control a dc zero-sequence current by creating a current path between two dc buses. Therefore, by using the dc zero-sequence current as the field control current, it is possible to achieve a motor drive that combines the two advantages of dual inverters and adjustable field PMSMs. In this article, an actual adjustable field PMSM is fabricated, and the validity and superiority of the proposed motor drive system are verified through simulations and experiments. The results confirm that the proposed dual inverter system can achieve the same field controllability without an additional dc/dc converter as a conventional single inverter system while retaining the advantages, such as output voltage with low total harmonic distortion (THD) and low voltage fluctuation, which contribute to long insulation life. In addition, the prototype has an asymmetric PM arrangement based on Halbach array, and we will confirm that it can achieve a wider driving range than traditional constant field PMSM and a conventional adjustable field PMSM.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项双逆变器驱动可调磁场永磁同步电机技术具有重要的战略参考价值。该技术通过创新性地利用直流零序电流实现磁场调节,避免了传统方案中额外DC/DC变换器的需求,这与我司在逆变器拓扑优化方面的技术路线高度契合。
在储能系统应用层面,该技术展现出显著优势。双逆变器结构能够输出低THD、低电压波动的高质量电能,这对延长储能系统中电机驱动部件的绝缘寿命至关重要,可直接降低我司储能产品的运维成本。可调磁场特性使电机在宽转速范围内保持高效运行,这对飞轮储能、抽水蓄能等机械储能系统的能量转换效率提升具有实际意义。
在新能源车载领域,该技术基于Halbach阵列的非对称永磁体设计实现了比传统恒磁场电机更宽的驱动范围,这对我司布局的电动汽车动力系统业务具有借鉴价值。宽调速范围意味着在城市工况和高速工况下均能保持较优效率,符合新能源汽车对动力系统全工况高效的需求。
技术挑战方面,双逆变器系统的控制算法复杂度较高,需要精确协调两个逆变器之间的零序电流路径,这对我司现有的逆变器控制平台提出了升级要求。此外,该技术目前仍处于实验室验证阶段,从原型到产品化还需解决成本控制、可靠性验证等工程问题。建议我司技术团队重点关注其在光储一体化系统中的应用潜力,特别是在需要高品质电能输出和宽工况适应性的场景中进行预研评估。