直流偏置型游标磁阻电机谐波电流抑制技术研究

摘要

随着电动汽车、轨道交通、工业机器人等新兴行业的发展，电机作为机电能量转换系统的核心，其重要性日益明显。不同于传统的交流电机，直流偏置型游标磁阻电机（DC-biased Vernier Reluctance Machine）的电枢绕组电流波形为带直流偏置的正弦电流。通过改变直流偏置电流的大小，可以灵活地改变转子磁通，因此这种电机拥有良好的磁场调节能力。与此同时，这种电机有类似开关磁阻电机的双凸极结构和定子集中绕组，这种简单的结构使这类电机具有高可靠性、低成本、散热方便等优点。本文从数学模型的建立、系统整体控制策略、谐波电流抑制及实验验证四个方面研究直流偏置型游标磁阻电机的驱动控制技术。 本文首先推导了直流偏置型游标磁阻电机在同步旋转坐标系下的数学模型。同时，着重分析了基于公式计算法的直流偏置型游标磁阻电机最大转矩电流比（MTPA）控制策略。随后介绍实现直流偏置电流注入的矢量控制策略，作为对这种电机进行进一步控制的基础。为了在保证控制系统稳态精度的同时保证系统的动态性能，本文为直流偏置型游标磁阻电机设计了两种谐波电流抑制策略，并对这两种方法进行了对比研究。第一种方法为使用比例-积分-谐振（PIR）调节器在同步旋转坐标系下进行闭环电流控制；第二种方法为特定次谐波消除的谐波抑制策略。通过对这两种谐波电流抑制策略进行准确性、复杂性方面的理论分析，阐述了这两种谐波电流抑制技术的参数优化设计方法。 最后，通过台架实验验证了两种谐波电流抑制策略的有效性，并总结了两种谐波电流抑制策略各自的优缺点。

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