基于定子谐波电流的六相永磁同步电动机双电机串联系统的仿真

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电压和电流方程： d U d1 = R1 i d1 + L s1 i d1 － ω r1 L s1 i q1 dt U q1 = R1 i q1 d + L s1 i q1 + ω r1 L s1 i d1 + ω r1 ψ f1 dt d i － ω r2 L s2 i q2 dt d2 d i + ω r2 L s2 i d2 + ω r2 ψ f2 dt q2
图2
串联驱动系统定子绕组的连接图
1． 2
（ a） 逆变器、 电抗滤波器、 六相电机连接图
矢量空间解耦理论 在对双 Y 移 30° 六相电动机的研究时， 通常
T］ 引入广义两轴正交变换矩阵［ 将六相电压和电 流空间矢量投影到三个相互正交的两维子平面 xy、 o1 o2 中去。 其中， αβ、 自然坐标系下电压和 电流的基波和 6 k ± 1 （ k 为偶数） 次谐波投影到 α6 k ± 1 （ k 为奇数） 次谐波投影到 xy 平面， β 平面， o2 平面［4］。 因此， 零次和 6 k 次谐波投影到 o1 在 串联驱动系统中， 控制 αβ 平面的电压、 电流分量 y 控制 x可以完成对第一台电机转矩的实时控制 ， 平面的电压、 电流分量可以完成对第二台电机转
的定子绕组结构， 使谐波电流在滤波器内产生旋 对电机定子中的显著谐波电流产生电抗 ， 转磁场， 从而降低了这些谐波电流的幅值 。本文进一步将 使谐波电流能够驱动 电抗滤波器换成一台电机， 这台电机运行， 组成两台电机串联的驱动系统， 通 过电流可控的电压源逆变器向系统注入基波和谐 实现 波电流就可以同时控制这两台电机的转矩 ， 两台电机的独立运行。本文以双 Y 移 30° 六相永 磁同步电动机（ Permanent Magnet Synchronous MoPMSM ） 为研究对象， tor， 建立了其串联驱动的数 学模型， 并进行了仿真分析。
1 2 2 何京德 ， 刘陵顺 ， 赵国荣 （ 1． 海军航空工程学院 研究生管理大队 ，山东 烟台 264001 ； 2． 海军航空工程学院 控制工程系，山东 烟台 264001 ）
摘
要： 电压型逆变器驱动多相电机运行时， 虽然降低了转矩脉动， 但却在定子绕组中出现了明显的低
次谐波电流。抑制多相电机定子谐波电流的方法是串联电抗滤波器， 电抗器与多相电机定子绕组电磁结构类 似， 使在多相电机中不产生旋转磁场的谐波电流在滤波电抗器中产生旋转磁场来抵抗谐波电流 。据此提出一 种新颖的两电机串联驱动系统， 将电抗器换作一台多相电机， 使谐波电流在这台电机中产生旋转磁场输出转 矩， 并且实现对两台电机转矩的独立控制 。 以双 Y 移 30° 六相永磁同步电动机（ PMSM ） 为例， 对两电机串联 驱动系统建立数学模型并进行了仿真分析， 仿真结果验证了串联驱动系统的可行性 。 关键词： 永磁同步电动机； 串联驱动系统； 谐波电流； 仿真 中图分类号： TM 351 文献标志码： A 6540 （ 2011 ） 06001104 文章编号： 1673-
2011 ， 38 （ 6 ）
研究与设计EMCA

基于定子谐波电流的六相永磁同步电动机 * 双电机串联系统的仿真
Abstract： Multiphase motors with voltage source inverter （ VSI） had smaller torque pulsation than threephase motors． However，they generally have large loworder stator harmonic currents． Reactance filter was usually used in reducing harmonic current，construction of reactance was resembled the stator of multiphase motor． By using filter， harmonic currents that do not produce revolving magnetic field in motor will generate revolving field to reduce harmonic currents in the reactance filter． By replacing filter with one motor，a novel concept of twomotor seriesconnected drive system was proposed，allowing harmonic currents to produce revolving magnetic field and generate torque in the phase inverter． The motors being motor． Thus，the two motors could be independently controlled from a single sixstudied was two sixphase permanent magnet synchronous motors （ PMSM） with double Yconnected 3phase symmetrical displaced in turn by 30°． Mathematic model of the drive system had been set up and analyzed by simulation． The simulation results showed the feasibility of the method． Key words： permanent magnet synchronous motor （ PMSM） ； seriesconnected drive system； harmonic currents； simulation
（ b） 电抗器绕组分布图 图1
（ c） 电机定子绕组分布图
矩的实时控制。 ［ T］ = 1 1 1 0 0 0
串入电抗滤波器的双 Y 移 30° 六相 PMSM 系统
1
串联驱动系统
考虑到电抗滤波器的绕组结构与双 Y 移 30°
槡
0
1 · 3 cos 4 θ 1 cos 8 θ sin 8 θ 0 sin 4 θ cos 5 θ 0 cos θ sin θ 1 sin 5 θ cos 8 θ 1 cos 4 θ sin 4 θ 0 sin 8 θ cos 9 θ 0 cos 9 θ sin 9 θ 1 sin 9 θ （ 1）
0
引
言
性， 直流电网侧的谐波成分减少。但是， 定子谐波 电流过大是多相电机运行中的一个特有问题 ， 如 何对多相电机定子谐波电流进行抑制是多相系统 1］提出了一种新 文献［ 的一个研究热点。 对此， 型的电抗滤波器， 如图 1 所示， 它类似于交流电机
多相电机和普通三相电机相比， 主要优点如 下： 无需器件并联就可实现低压大功率 ， 转矩脉动 频率增加、 幅值减小， 冗余结构提高了系统可靠
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（ θ = 30° ）
经过广义两轴正交变换后的定子电压方程中 还需要通过实旋转变换 含有转子 的 旋 转 角 θ r ， ［ R］ 消去 θ r ， 得到静止坐标系下的数学模型。
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* 基金项目： 国家博士后科学基金项目（ 20090450205 ）
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cos θ cos 5 θ sin 5 θ 1 sin θ
六相电机定子绕组结构相近， 并且在六相电机中 不产生旋转磁场的 6 k ± 1 （ k 为奇数 ） 次谐波电流 在电抗器中产生旋转磁场， 那么可以用一台六相 使相应的谐波电流在这 电机来替代电抗滤波器， 台电机中产生旋转磁场输出转矩， 组成两台电机 串联的驱动系统。 1． 1 两台双 Y 移 30° 六相 PMSM 的串联方法 将两台双 Y 移 30° 六相 PMSM 的定子绕组按
图3
静止坐标系下串联驱动系统仿真模型
联驱动系统的数学模
U d2 = R2 i d2 + L s2 U q2 = R2 i q2 + L s2 转矩方程：
（ 4）
利用 MATLAB / Simulink 软件可以建立两台双 型， Y 移 30° 六相 PMSM 串联系统的仿真模型， 电机
Simulation of Two SixPhase Permanent Magnet Synchronous Motors SeriesConnected Drive System Based on Harmonic Currents
HE Jingde1 ， LIU Lingshun2 ， ZHAO Guorong2 （ 1． Graduate Students’Brigade，Naval Aeronautical and Astronautical University，Yantai 264001 ，China； 2． Department of Control Engineering， Naval Aeronautial and Astronautical University， Yantai 264001 ， China）
图 2 所示的方法进行串联
［23 ］
。 使得在第一台电
机中产生旋转磁动势的基波电流和 6 k ± 1 （ k 为偶 数） 次谐波电流在第二台电机中不产生磁动势， 而在第一台电机中不产生磁动势的 6 k ± 1 （ k 为奇 数） 次谐波电流在第二台电机中产生旋转的磁动 从而实现了两台电机在同一台逆变器驱动下 势， 独立运行。
［5 ］ 采用 i d = 0 的矢量控制方法 ， 逆变器采用电流