團(tuán)隊(duì)介紹

趙文祥，博士、教授、博士生導(dǎo)師，國(guó)家杰青。主持國(guó)家自然基金重大項(xiàng)目課題、國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)等20余項(xiàng)科研項(xiàng)目。獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、軍隊(duì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、IET Premium Awards等獎(jiǎng)項(xiàng)。曾赴香港大學(xué)、英國(guó)謝菲爾德大學(xué)學(xué)習(xí)。第一/通訊作者發(fā)表SCI一區(qū)期刊論文40余篇，第一發(fā)明人授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利20余件。

本文提出了基于飛跨電容拓?fù)涞母吖β室驍?shù)弱磁控制策略。結(jié)合電機(jī)低功率因數(shù)的特點(diǎn)，通過(guò)功率解耦理論，解耦電機(jī)運(yùn)行所需有功功率、無(wú)功功率，并將無(wú)功功率分配給電容逆變器，使主逆變器運(yùn)行于單位功率因數(shù)。結(jié)合反饋弱磁控制拓寬控制系統(tǒng)調(diào)速范圍。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。

研究背景

磁場(chǎng)調(diào)制永磁直線(xiàn)(Field-Modulated Permanent Magnet Linear , FMPML)電機(jī)具有定子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、力密度度高等優(yōu)點(diǎn)，在軌道交通等長(zhǎng)行程應(yīng)用領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。但是，該類(lèi)電機(jī)存在低功率因數(shù)的缺點(diǎn)。為此，提出了基于飛跨電容開(kāi)繞組拓?fù)涞目刂撇呗?，可有效提升電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。在此基礎(chǔ)上，研究了弱磁控制以拓寬電機(jī)的調(diào)速范圍。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

本文在飛跨電容開(kāi)繞組拓?fù)涞幕A(chǔ)上，引入弱磁控制，圖1為基于飛跨電容開(kāi)繞組拓?fù)涞母吖β室驍?shù)弱磁控制框圖。

圖1 高功率因數(shù)弱磁控制側(cè)

圖2為電壓電流矢量相位關(guān)系圖。其中，uactive為系統(tǒng)所需的有功電壓分量，ureactive為系統(tǒng)所需的無(wú)功電壓分量，Is為系統(tǒng)的電流矢量，qvi為uMI電壓矢量與電流矢量Is的夾角，φ為功率因數(shù)角。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，us和功率因數(shù)角均恒定，因此系統(tǒng)有功電壓分量 uactive和無(wú)功電壓分量 ureactive均恒定。uMI、uCI和 uactive之間的關(guān)系表示為：

圖2 電壓電流矢量相位關(guān)系圖

由上可知，當(dāng)qvi=0時(shí)，系統(tǒng)所需的有功電壓分量完全由主逆變器承擔(dān)，無(wú)功電壓分量完全由電容逆變器承擔(dān)，即：

弱磁控制是拓寬電機(jī)調(diào)速范圍的有效手段，通過(guò)將弱磁控制與高功率因數(shù)理論相結(jié)合，可以在飛跨電容開(kāi)繞組拓?fù)涞幕A(chǔ)上進(jìn)一步拓寬電機(jī)的調(diào)速范圍。具體實(shí)施手段為將主逆變器直流母線(xiàn)電壓的根三分之一作為弱磁給定值以實(shí)現(xiàn)弱磁控制，弱磁電流的產(chǎn)生為：

其中，Udc為主逆變器母線(xiàn)電壓；PI_out為弱磁PI調(diào)節(jié)器輸出。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所提的控制策略可以有效的拓寬電機(jī)的調(diào)速范圍。

結(jié)論

本文提出了一種用于飛跨電容開(kāi)繞組拓?fù)涞母吖β室驍?shù)弱磁控制策略。分析了高功率因數(shù)運(yùn)行原理，并指出其可以有效的彌補(bǔ)FMPML電機(jī)低功率因數(shù)的缺點(diǎn)，降低了直流電源的無(wú)功壓力。并且在此基礎(chǔ)上引入反饋弱磁控制策略進(jìn)一步擴(kuò)展了電機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)速范圍，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制策略的有效性和可行性。

引用本文

宋鑫鑫, 趙文祥, 成瑀. 開(kāi)繞組磁場(chǎng)調(diào)制永磁直線(xiàn)電機(jī)的單位功率因數(shù)弱磁控制[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2021, 36(5): 893-901. Song Xinxin, Zhao Wenxiang, Cheng Yu. Unity Power Factor Field Weakening Control of Field-Modulated Permanent Magnet Linear Modulation Motor with Open Winding. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(5): 893-901.