團(tuán)隊(duì)介紹

趙文祥，博士、教授、博士生導(dǎo)師，國家杰青。主持國家自然基金重大項(xiàng)目課題、國家科技重大專項(xiàng)等20余項(xiàng)科研項(xiàng)目。獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎、軍隊(duì)科技進(jìn)步一等獎、教育部自然科學(xué)一等獎、IET Premium Awards等獎項(xiàng)。曾赴香港大學(xué)、英國謝菲爾德大學(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)，通過功率解耦理論，解耦電機(jī)運(yùn)行所需有功功率、無功功率，并將無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。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。

研究背景

磁場調(diào)制永磁直線(Field-Modulated Permanent Magnet Linear , FMPML)電機(jī)具有定子結(jié)構(gòu)簡單、力密度度高等優(yōu)點(diǎn)，在軌道交通等長行程應(yīng)用領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。但是，該類電機(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，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，系統(tǒng)所需的有功電壓分量完全由主逆變器承擔(dān)，無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，同時通過實(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. 開繞組磁場調(diào)制永磁直線電機(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.