孙建中

摘要：双三相感应电动机的动态数学模型是一个强耦合、非线性、高阶多变量系统。矢量控制也称为磁场定向控制。本文转子磁场定向控制（RFOC）方案描述了两个电流传感器驱动的双三相感应电机，感应电机通过两个定子的三相绕组空间旋转30°电角度。特定的机器结构引起了电流传感器数量的减少，但对矢量控制的性能没有显著影响。研究表明，10kW转子磁场定向控制双三相感应电机驱动样机演示中提出的方案是可行的。

关键词：双三相感应式电机；数字矢量控制；多相驱动器

矢量控制的基本原理是测量和控制双三相感应电机的定子电流矢量，根据磁场定向原理分别控制双三相感应电机的励磁电流和转矩电流，从而达到控制双三相感应电机转矩的目的。将双三相感应电机的定子电流矢量分解为分别产生磁场的励磁电流和待控制的转矩电流。两个部件之间的振幅和相位被同时控制，即定子电流矢量被控制。因此，这种控制方法被称为矢量控制方法。

1介绍

电机驱动器已经被提出用于不同的领域。多相电机驱动器的研究已经有40年的历史，但在过去的两年里，由于其日益增长的效益，多相电机驱动器在一些国际电力电子会议上被提出。由于其在相同的机器体积中减少转矩脉动、谐波电流DC环节、转子谐波电流和高功率/电流比的具体优点，双三重电机的绕组结构（图1）。以便更好地用于区分三相解决方案的较高复杂性。一些最合适的应用领域是高电流场合，例如飞机应用程序、船舶推进和电动车辆、机车牵引。多相驱动的主要优点是逆变器的功率控制。

图1 双三相电机绕组结构

本文研究了两个三相之间部分驱动不对称的影响，讨论并选择了两种电流进行测量，描述了在空间旋转30°电角度的双定子三相感应电动机的电流传感器的孤点电中性的降低。提出了一种仅使用两个电流传感器的双三相感应电机驱动器的转子磁场定向控制方案，该方案对驱动性能没有显著影响。与传统的三相变换器相比，可以减小单个开关电流的应力。由于功率开关的额定电流随着相数的减少成比例地减少，功率开关数量的增加率并不代表成本的额外增加。相反，在某些情况下，组件价格的非线性行为会导致成本降低。然而，系统成本（复杂性）的不利是由辅助电路、栅极驱动电路及电流传感器数量的增加所影响。基于此，可以在不影响系统的性能前提下，通过减少传感器数量来降低多相驱动的成本，这是经济上可行的多相解决方案，这已成为一个重要问题。

2间接磁场定向矢量控制方案

电流控制和内循环构成一个完整的控制系统，参考电流通过外循环（磁通循环和转矩/速度循环）获得。当VSD理论用于建模时，因为（α，β）子空间是相同的，双三相驱动的通量估计通常用于分析三相感应电动机。将矢量控制理论应用于双三相电机的目的是获得解耦控制。通过参考电机（α，β）模型，旋转（d，q）参考帧在转子磁通矢量对齐，并且其尺寸和位置可以由流量估计器测量。

2.1PWM方案

减少受激（μ1，μ2）子空间的最佳方法是使用特殊的空间矢量调制技术。然而，如果电机使用全节距定子绕组，通过使用简单的调制技术可以获得满意的结果。如双零序或双SVM技术，传统的三相脉宽调制电流调节器方案可以获得正弦曲线。该方案已在一些文献和低压谐波中提及。因为只有定子的泄漏阻抗具有这样的电压谐波，所以低阶谐波的产生导致定子电流谐波。这些谐波电流的产生会降低传输效率。最坏的情况是电机使用短节距定子绕组。在这种情况下，阻抗低于子空间定子漏电感（μ1，μ2）和（z1，z2）。

2.2驱动器不平衡操作

驱动器的不平衡运行与两相和三相驱动器供电部门的微弱不协调（电机和逆变器）有关。这些不对称将导致两个定子绕组组之间的电流不平衡。最典型的例子之一是双三相电机是两个独立的三相电压源转换器。这一事实已在许多现有出版物中得到强调，这导致第一次开发了使用四个电流控制器的控制方案，这对于具有孤立中性点的四自由度电机来说是合理的推断。因为电机只有一个独立的中性点，所以必须使用六个电流控制器。即使几乎不可能获得完全对称的驱动操作，专用驱动设计也是可能的，然而，不可能获得具有相似三相功率的电力设备。例如，两个独立的三相逆变器脉宽调制调制器被专用的六相逆变器和单个脉宽调制调制器取代。此外，如果仔细实施机器设计，可以获得双三相驱动和准平衡操作。

2.3两个电流传感器的电流控制

具体而言，其结构可以使用独特的传感器安装布局从相电流中直接获得（α，β）电流分量。当前的控制方案可以在旋转（d，q）或固定（α，β）参考帧中实现。目前，本文的控制方案是基于室间隔缺损，这是一个固定的参考系统。这种方法非常简单，因为它需要最小的旋转转换，并且不使用解耦方案。至于电流控制，由于缺乏与速度相关的耦合条件。虽然α轴和β轴通过转子磁通组件耦合，但是转子磁通动力学可以通过电流控制来克服。为了驱动准平衡操作，系统实际上可以减少4到2个，因此只有两个电流控制器足以控制电机。在这种情况下，只能使用两个电流传感器。为了获得电机模型（需要VSD建模方法），传感器应安装在不同的三相定子外壳中，而不是安装在同一定子组中。

电流控制计划使用等效于正序比例积分（PI）同步帧调节器的调节器，并控制（α，β）定子电流分量。参考量的计算可以通过旋转变换应用于通量和扭矩，并且参考电流通过外部通量和扭矩/速度控制回路产生。电流反馈是通过测量相电流之和获得的。这里，在同步基准电压下，相当于π调节器，ω（e）是电气频率，共振条件下的传递函数允许零稳态误差为正弦电气频率ω（e）。

调节器的状态空间模型；输出电流调节器应用于两种不同的克拉克逆转换，以计算给定的三相参考电压，并且脉宽调制调制器（独特的六相逆变器）用于获得逆变器开关函数。

3结语

提出并讨论了仅使用两个电流传感器（50%额定电流要求，相当于三相驱动）的矢量控制方案。指出多相电流传感器的数量的减少应用，对两三相感应电动机的多相电流传感器的数量对系统性能没有显著影响。电流传感器被放置在两个不同的三相组中，并旋转90电角度。

参考文献

[1]顾诚甦，朱晓华. 基于SOC的五相电机模型预测控制系统研究[J]. 微特电机. 2014（08）

[2]谷鑫，張策，耿强，史婷娜. 简化三电平整流器模型电流预测控制[J]. 电工电能新技术. 2014（02）

[3]刘东，黄进，杨家强. 多相感应电机转子磁场定向矢量控制策略[J]. 浙江大学学报（工学版）. 2012（08）

[4]庄朝辉，熊有伦，马廷.多相感应电机变频调速系统回顾、现状及展望[J].电气传动，2001，32（2）：3-7.

[5]薛山，温旭辉，王又珑.多相永磁同步电机多维控制技术[J].电工技术学报，2008，23（9）：65-69.

[6]崔广慧.感应电动机绕组匝间短路与缺相运行时电磁场特性分析[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2016：1-3.

（作者单位：泰州职业技术学院机电技术分院）