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储能系统技术 储能系统 ★ 4.0

用于4-DOF无轴承开关磁阻电机分相电容电压偏差消除的磁通平衡控制

Magnetic-Flux Balance Control to Eliminate Voltage Deviation on Split Phase Capacitor for 4-DOF Bearingless SRM

作者 Qiang Cui · Xin Cao · Zhiquan Deng · Xu Deng · Zelin Wang
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2025年9月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 无轴承开关磁阻电机 分相变换器 多路复用传感器法 磁通量平衡控制 悬浮稳定性
语言:

中文摘要

四自由度(4-DOF)12/4 无轴承开关磁阻电机(BSRM)通常需要 48 个功率器件、24 个电流传感器和 2 个微芯片才能同时实现旋转和悬浮。为减少系统中使用的功率器件和传感器数量,采用了分相变换器和复用传感器方法。然而,由于悬浮电流不一致,两个分相电容会出现显著的电压偏差,这会降低悬浮性能。因此,本文提出一种磁通量平衡控制(MFBC)方法来解决这一问题。该方法通过限制每一相所有绕组的总电流来形成平衡的偏置磁通量。通过平衡两个分相电容的放电深度,消除了电压偏差,确保了稳定的悬浮运行。此外,还开发了一种改进的复用传感器方法,以提高高速时的悬浮稳定性。最后,在一个四自由度 12/4 无轴承开关磁阻电机式磁悬浮系统试验台上验证了所提方案的性能。

English Abstract

The four degrees of freedom (4-DOF) 12/4 bearingless switched reluctance motor (BSRM) generally requires 48 power devices, 24 current sensors, and 2 microchips to simultaneously achieve rotation and levitation. To reduce the number of power devices and sensors used in the system, a split-phase converter and a multiplexed-sensor method are employed. However, significant voltage deviation occurs on the two split-phase capacitors due to the inconsistent levitation currents, which deteriorates the levitation performance. Therefore, this paper proposes a magnetic-flux balance control (MFBC) method to solve this problem. The method constrains the total current of all windings in each phase to form a balanced bias magnetic flux. By balancing the discharge depth of the two split-phase capacitors, voltage deviation is eliminated and stable levitation operation is ensured. Moreover, an improved multiplexed-sensor method is developed to enhance levitation stability at high speeds. Finally, the demonstrated performance of the proposed scheme is verified on a test rig of a 4-DOF 12/4 BSRM-type magnetic levitation system.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项针对四自由度无轴承开关磁阻电机的磁通平衡控制技术具有重要的参考价值。该技术通过分相电容器和多路复用传感器方法,将系统所需的功率器件从48个大幅削减,同时减少了电流传感器和控制芯片的使用,这与我们在光伏逆变器和储能变流器领域追求的高功率密度、低成本化方向高度契合。

该论文提出的磁通平衡控制方法解决了分相电容器电压偏差问题,这一思路对我们的储能系统中多电平拓扑、模块化设计具有借鉴意义。特别是在大规模储能电站中,如何通过智能控制算法实现电容均压、延长系统寿命,是我们持续关注的技术难点。论文中通过约束绕组总电流形成平衡偏置磁通的方法,展现了系统级优化思维,可为我们的功率变换器控制策略提供新思路。

从应用前景看,无轴承电机技术在高速飞轮储能、氢能压缩机等新兴领域具有潜力,这些正是阳光电源正在布局的业务方向。该技术的传感器复用和器件精简方案,可显著降低系统复杂度和成本,提升产品竞争力。

然而,技术挑战在于无轴承电机控制算法复杂度高,对实时计算能力要求严苛,且该技术目前仍处于实验室验证阶段,距离工业化应用尚有距离。建议我们的研发团队持续跟踪该领域进展,评估其在飞轮储能、高速电机驱动等细分场景的应用可行性,同时吸收其功率器件优化和多路复用控制的设计理念,应用于现有产品的迭代升级中。