摘要
开绕组永磁同步电机凭借其高性能、运行可靠、功率密度大等特点，已成为电机系统发展的新方向。然而在共直流母线型电机系统中存在零序回路，回路中产生的零序电流将会导致高频转矩脉动。此外，在非零功率因数角模式下，半控型开绕组永磁电机系统中存在电流钳位问题，同样引发转矩脉动。因此，本文以开绕组电机为研究目标，针对开绕组永磁电机转矩脉动抑制策略进行了相关研究。 本文首先基于零序回路等效方程，设计了虚拟三相扩展方法，将单相交流零序电流转化为两相旋转坐标系下的零序电流矢量。之后建立了包含系统延时的开绕组永磁电机零阶保持等效离散模型。以此为基础，将状态空间方法引入到控制器设计中，直接在离散域内设计零序电流与dq轴电流控制器，并给出了相应的参数整定方案。理论分析和实验结果表明，所提出的转矩脉动抑制策略在高、低开关频率条件下均具有优越的性能。 同时，为了提高不同功率因数角时半控型开绕组永磁发电机的转矩控制性能，本文提出了基于虚拟过零检测和零序电流分段注入方法的转矩脉动抑制策略。首先分析了不同功率因数角时的零点穿越现象。基于以上分析，针对半控型开绕组永磁发电机系统中存在的诸如采样噪声等非理想因素，提出了虚拟过零检测方法。针对非零功率因数角工况下存在的电流钳位问题，提出了零序电流分段注入方法。理论分析和实验结果表明，所提控制策略不仅能够解决电流钳位问题，同时可以有效地抑制转矩脉动。 此外，与以上采用线性控制器的控制策略不同，本文还提出了基于不固定矢量作用时间的预测转矩控制方法。该方法构建了仅包含磁链误差的代价函数，通过两步代价函数最小化方法求得最优电压矢量及其作用时间。同时研究了所提预测控制方法的数字实现策略。对比实验结果表明，所提预测控制策略不仅能够降低三相电流谐波含量，同时可以实现更好的转矩控制效果。
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