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電動(dòng)汽車的三大核心部件為電池、電機(jī)和電控。其中，電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心，對(duì)電動(dòng)汽車的高性能可靠運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，傳統(tǒng)的電機(jī)理論與驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)已逐漸成熟，但其性能也越來(lái)越無(wú)法滿足日益提高的汽車工業(yè)飛速發(fā)展的需求，于是新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略陸續(xù)出現(xiàn)。

開繞組電機(jī)（Open Winding Electric Machine, OWEM）是近年來(lái)受到廣泛研究的新型電機(jī)系統(tǒng)，它是在傳統(tǒng)單逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，不改變?cè)姍C(jī)的本體電磁設(shè)計(jì)與機(jī)械結(jié)構(gòu)，僅將電機(jī)的繞組中性點(diǎn)打開并在繞組兩端分別接一個(gè)單逆變器而成。

根據(jù)供電模式的不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為隔離直流母線雙逆變器拓?fù)浜凸仓绷髂妇€雙逆變器拓?fù)?。采用共直流母線雙逆變器開繞組電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，僅需一個(gè)直流電源，更有利于實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)汽車電池容量受限的前提下提高輸出功率，拓寬電機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍，其在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。但由于存在零序電流回路，系統(tǒng)中的零序電壓、反電動(dòng)勢(shì)諧波等會(huì)導(dǎo)致零序電流的存在，從而使得電機(jī)損耗增大、系統(tǒng)性能下降。

為了提高OWEM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出電壓來(lái)拓寬調(diào)速范圍，有學(xué)者通過(guò)在SPWM波上注入3次諧波來(lái)提高電壓利用率。有學(xué)者提出交替子六邊形中心PWM（Alternate Sub-Hexagonal Center PWM, ASHC-PWM）方法，通過(guò)雙逆變器交替鉗位來(lái)減小開關(guān)損耗。有學(xué)者采用解耦SVPWM策略，簡(jiǎn)化了調(diào)制方法。

上述方法盡管能夠拓寬電機(jī)調(diào)速范圍，但在全速范圍存在零序電壓較大的問(wèn)題。

• 為此，有學(xué)者通過(guò)零矢量作用時(shí)間重新分配的方法使一個(gè)周期內(nèi)的零序電壓平均值為零，達(dá)到抑制零序電壓的目的。
• 有學(xué)者提出中間六邊形調(diào)制，通過(guò)使用不產(chǎn)生零序電壓的矢量進(jìn)行調(diào)制，可以達(dá)到瞬時(shí)零序電壓為零的效果。
• 有學(xué)者分析了解耦SVPWM下零矢量的放置位置與零序電壓的關(guān)系，通過(guò)調(diào)整零矢量的位置消除了調(diào)制波中的3次諧波從而消除了零序電壓，但調(diào)制方法較為復(fù)雜。
• 有學(xué)者提出了空間電壓矢量60°解耦的調(diào)制方式消除開繞組電機(jī)系統(tǒng)中的零序電壓。

上述方法消除了零序電壓，但也降低了電壓利用率。

綜上可知，目前共直流母線雙逆變器的調(diào)制方式主要有三種：ASHC-PWM、中間六邊形PWM和解耦調(diào)制方式。ASHC-PWM可以提供較高的輸出電壓但存在零序電壓的問(wèn)題，適用于高速運(yùn)行場(chǎng)合；中間六邊形PWM輸出電壓略低，但不存在零序電壓，適合于中低速運(yùn)行場(chǎng)合；解耦調(diào)制方式既可以實(shí)現(xiàn)無(wú)零序電壓也可以提供較高的輸出電壓，但需要采用不同的調(diào)制策略。因此，如何在一種調(diào)制方式下，既能實(shí)現(xiàn)較高的輸出電壓范圍，又可降低全速范圍內(nèi)的零序電壓，成為一個(gè)難題。

為此，江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院的研究人員提出了一種移相解耦調(diào)制策略，在解耦調(diào)制的基礎(chǔ)上將兩個(gè)逆變器電壓矢量間的相位角也作為一個(gè)控制量，通過(guò)改變相位角保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在低速時(shí)不產(chǎn)生零序電壓，并能夠輸出較高的電壓以拓寬電機(jī)的調(diào)速范圍，即可以采用統(tǒng)一調(diào)制方式來(lái)同時(shí)獲得寬調(diào)速范圍和低零序電壓，簡(jiǎn)化了調(diào)制方法。

圖11 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

研究者將兩個(gè)逆變器的電壓矢量夾角定義為解耦角，首先分析不同解耦角下的輸出電壓中基波含量和總諧波畸變率（Total Harmonic Distortion, THD）；然后對(duì)比不同調(diào)制方式下的調(diào)制波，而后采用移相控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的平滑變化。在線性調(diào)制區(qū)且不考慮逆變器非線性的情況下，獲得如下結(jié)論：

• 1）中間范圍調(diào)制下無(wú)零序電壓，但調(diào)制系數(shù)只能達(dá)到0.866。
• 2）傳統(tǒng)解耦調(diào)制下調(diào)制系數(shù)可達(dá)1，但THD較大，達(dá)到20.8%。
• 3）最大范圍調(diào)制下調(diào)制系數(shù)也可達(dá)1，THD比傳統(tǒng)解耦調(diào)制下的還要大，尤其在低輸出電壓范圍下能達(dá)到50%，但開關(guān)損耗相比于另兩種典型調(diào)制方式下的可以減小一半。
• 4）移相解耦調(diào)制通過(guò)調(diào)節(jié)移相角可以采用統(tǒng)一的調(diào)制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的調(diào)制范圍。當(dāng)解耦角為120°時(shí)，其本質(zhì)與中間范圍調(diào)制一致，使系統(tǒng)在中低速范圍內(nèi)具有和中間六邊形調(diào)制相同的零序電壓。當(dāng)電機(jī)需要擴(kuò)速運(yùn)行時(shí)，通過(guò)增大解耦角來(lái)拓寬調(diào)速范圍，這樣可以盡量減小零序電壓。因此在保證調(diào)制系數(shù)達(dá)到1的前提下，使系統(tǒng)在全輸出電壓范圍下具有最小的THD。

以上研究成果發(fā)表在2019年第22期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“共直流母線開繞組電機(jī)的移相解耦控制策略”，作者為袁淵、朱孝勇、左月飛、卜霄霄、魯慶。