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风电变流技术
★ 5.0
浮动电容电压对开绕组同步磁阻电机驱动转矩-速度特性的影响
Effects of the Floating Capacitor Voltage on the Torque-Speed Characteristic of an Open-End Winding Synchronous Reluctance Motor Drive
| 作者 | Jacopo Riccio · Filippo Gemma · Luca Rovere · Giulia Tresca · Mauro Di Nardo · Shafiq Odhano |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industry Applications |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 同步磁阻电机 双逆变器配置 恒转矩速度范围 功率因数 浮置电容 |
语言:
中文摘要
本论文研究了采用开口绕组(OEW)结构的同步磁阻电机驱动系统的转矩 - 转速特性。该电机由标准的两电平电压源逆变器(VSI)供电,其中一个逆变器由直流电源供电,另一个则连接到一个浮动电容(FC)。分析过程考虑了通过实验确定的同步磁阻电机的磁链图,以考虑自饱和和交叉饱和现象的影响。研究表明,采用浮动电容的双逆变器(DI)结构能够显著扩展恒转矩转速范围并实现单位功率因数。此外,分析显示,与标准的单逆变器(SI)结构相比,在恒功率转速范围内,转矩能够显著提高。借助开口绕组驱动装置的完整模型,可以有目的地选择浮动电容电压,以改变驱动系统的转矩 - 转速特性,从而满足特定应用的需求。所研究的同步驱动架构的优势已通过专门搭建的实验装置在不同运行条件下得到了实验验证。
English Abstract
This manuscript investigates the torque-speed characteristics of a synchronous reluctance motor drive with an open-end winding (OEW) configuration. The machine is powered by standard two-level voltage source inverters (VSI), one supplied by a DC power source while the other connected to a floating capacitor (FC). The analysis considers the flux maps of a synchronous reluctance motor identified through experiments to account for the effect of the self-and cross-saturation phenomenon. The study reveals that the dual-inverter (DI) configuration with a FC can significantly extend the constant torque speed range and achieve unity power factor. In addition, the analysis demonstrates that the torque in the constant power speed range can be noticeably increased compared to the standard single-inverter (SI) configuration. With the full model of the OEW drive plant, the FC voltage can be purposefully selected to modify the drive torque speed characteristic to benefit the specific application. The advantages of the investigated synchronous drive architecture have been experimentally validated in different operating conditions with a purposely built set-up.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的开放式绕组同步磁阻电机双逆变器驱动技术具有显著的应用价值。该技术通过浮动电容器与双逆变器配置,有效拓展了恒转矩速度范围并实现单位功率因数运行,这与我司在光伏逆变器和储能系统领域积累的多电平拓扑控制经验高度契合。
从产品创新角度,该技术可直接应用于我司新能源汽车驱动系统业务。相比传统单逆变器方案,双逆变器架构在恒功率区显著提升扭矩输出能力,这对电动汽车在高速工况下的动力性能改善具有实际意义。更重要的是,浮动电容器电压可根据应用需求灵活调节驱动特性,这为我司开发差异化的电驱动解决方案提供了技术路径。
从系统集成层面,该技术与我司储能变流器的双向功率控制技术存在协同效应。浮动电容器的电压管理策略可借鉴我司在直流母线电压控制方面的成熟算法,而论文中考虑磁饱和效应的磁链映射分析方法,也可反哺我司在大功率逆变器磁性元件优化设计中的应用。
技术挑战主要集中在浮动电容器的体积、成本以及长期可靠性方面。对于工业级应用,需要解决电容器在宽温度范围和高频纹波电流下的寿命问题。此外,双逆变器的控制同步性和共模电压抑制也需要深入研究。
建议我司技术团队重点关注该架构在光储充一体化系统中的应用潜力,特别是在需要宽调速范围的氢能压缩机、储能飞轮等场景,可作为中长期技术储备方向进行预研。