吳偉亮, 黃朝志, 劉細(xì)平, 葉景貞, 梁 玲

(江西理工大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，江西 贛州 341000)

0 引 言

高壓電機(jī)具有大慣性、大功率的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用在新能源發(fā)電系統(tǒng)、工業(yè)傳動(dòng)領(lǐng)域、船舶推進(jìn)系統(tǒng)中[1]，比如新能源發(fā)電系統(tǒng)中的抽水蓄能水輪機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，工業(yè)領(lǐng)域中的軋鋼機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、石油壓裂撬機(jī)，其他發(fā)電站的燃?xì)廨啓C(jī)組、火力發(fā)電機(jī)組、大型調(diào)相機(jī)組，船舶推進(jìn)電動(dòng)機(jī)等均是高壓電機(jī)。采用高壓變頻器對(duì)高壓大功率電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制，既可以節(jié)約電能，又可以延長(zhǎng)電機(jī)壽命，還可以降低生產(chǎn)成本[2-3]。

目前高壓變頻器的類(lèi)型有晶閘管電流型變頻器、二極管箝位型多電平變頻器、飛跨電容型多電平變頻器、級(jí)聯(lián)H橋型多電平變頻器、模塊化多電平變頻器等[4]。文獻(xiàn)[5-6]中介紹了抽水蓄能電站和高壓換流站采用電流源型變頻器進(jìn)行同步電機(jī)的靜止變頻起動(dòng)控制，電流源型變頻器中晶閘管為半控型開(kāi)關(guān)器件，存在晶閘管性能下降引起關(guān)斷角的余量不足而導(dǎo)致?lián)Q相失敗發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，另外電流源型變頻器產(chǎn)生的諧波較大，對(duì)輸入側(cè)電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。文獻(xiàn)[7-8]中介紹了二極管箝位型多電平變頻器及中性點(diǎn)電位平衡控制，隨著輸出電壓等級(jí)提高，二極管箝位型多電平變頻器的電平數(shù)也要相應(yīng)地增加，導(dǎo)致其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略更加復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度更大。飛跨電容型多電平變頻器懸浮電容過(guò)多，合理地選擇開(kāi)關(guān)狀態(tài)非常困難。文獻(xiàn)[9-10]介紹了模塊化多電平變頻器，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變頻器具有模塊化、易于拓展的優(yōu)點(diǎn)，且輸出波形正弦度較高，在高壓直流輸電中應(yīng)用廣泛，但是在高壓變頻領(lǐng)域中，面臨著低速下電容電壓波動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題，尤其是電機(jī)重負(fù)載靜止起動(dòng)時(shí)，電容電壓波動(dòng)非常大，容易造成電容器損壞。文獻(xiàn)[11-12]介紹了級(jí)聯(lián)H橋型多電平變頻器，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變頻器具有輸出容量大、易于模塊化、易于拓展且輸出波形正弦度較高的特點(diǎn)，應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)、工業(yè)變頻、靜止無(wú)功發(fā)生器、大功率有源電力濾波場(chǎng)合。

多相電機(jī)由于大功率、高可靠性、高轉(zhuǎn)矩密度等優(yōu)點(diǎn)，在船舶推進(jìn)、新能源發(fā)電、新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)、航空航天器驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)[13-14]介紹了具有極相調(diào)制定子繞組結(jié)構(gòu)的多相感應(yīng)電機(jī)，通過(guò)給定子繞組注入特殊規(guī)則的交流電源，可以實(shí)現(xiàn)不同極相調(diào)制模式，從而擴(kuò)展電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍。

本文在文獻(xiàn)[11-12]的研究基礎(chǔ)上，介紹一種每相由6個(gè)功率變換單元級(jí)聯(lián)的多電平變頻器以及一種定子繞組可配置為9相4極和3相12極的極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)(PPMIM)，并介紹了級(jí)聯(lián)H橋變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、載波移相正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)，以及極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制、極相調(diào)制矢量控制等。最后通過(guò)仿真驗(yàn)證了級(jí)聯(lián)H橋多電平變頻器拖動(dòng)極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)的變頻調(diào)速性能和極相調(diào)制矢量控制性能，為新能源發(fā)電、船舶推進(jìn)、工業(yè)傳動(dòng)等高壓大功率領(lǐng)域提供技術(shù)保障。

1 主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及分析

圖1為每相由6個(gè)功率變換單元級(jí)聯(lián)構(gòu)成的多電平變頻器拖動(dòng)具有極相調(diào)制繞組結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機(jī)的主回路結(jié)構(gòu)。主要包括10 kV交流電網(wǎng)，預(yù)充電接觸器(Q2)，預(yù)充電電阻(R1～R3)，輸入斷路器(Q1)，10 kV/0.65 kV多抽頭移相變壓器(T1)，功率單元(A1～A6、B1～B6、C1～C6、D1～D6、E1～E6、F1～F6、G1～G6、H1～H6、I1～I(xiàn)6)，極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)等。

從圖1中可以看出極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)有9相定子繞組；多抽頭移相變壓器副邊總共有54組獨(dú)立的三相交流電源，因此每相定子繞組需要分配6組獨(dú)立的三相交流電源，且相鄰序號(hào)的兩組三相交流電源之間的相移差為30°；每個(gè)功率單元由三相不控整流器、H橋逆變器、直流支撐電容等組成，其中三相不控整流器輸入源為移相變壓器的副邊輸出的三相交流0.65 kV電壓。每相的第一級(jí)功率單元H橋逆變器首端相互連接，形成輸出多相電壓的中性點(diǎn)，其他各級(jí)功率單元H橋逆變器首尾相連，最后第六級(jí)的尾端連接至極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)的定子繞組。當(dāng)輸出電壓幅值越大，要求級(jí)聯(lián)的數(shù)量也越多。

圖1 級(jí)聯(lián)H橋多電平變頻器拖動(dòng)極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)的主回路結(jié)構(gòu)

當(dāng)變頻器產(chǎn)生相位差為40°的9相交流電源施加在極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)定子繞組上時(shí)，電機(jī)中產(chǎn)生4極磁場(chǎng)，電機(jī)就運(yùn)行在9相4極工況；當(dāng)變頻器產(chǎn)生相位差為120°的3組3相交流電源施加在極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)定子繞組上時(shí)，電機(jī)中產(chǎn)生12極磁場(chǎng)，電機(jī)就運(yùn)行在3相12極工況；當(dāng)變頻器產(chǎn)生9相和3相疊加的混合交流電源施加在極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)定子繞組上時(shí)，電機(jī)中4極磁場(chǎng)和12極磁場(chǎng)共存，電機(jī)運(yùn)行在過(guò)渡過(guò)程。

2 控制原理

2.1 級(jí)聯(lián)H橋逆變器載波移相正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)

級(jí)聯(lián)H橋多電平變頻器中每相由6個(gè)功率單元級(jí)聯(lián)而成，其中每個(gè)功率單元整流側(cè)為三相不控整流器，用于產(chǎn)生獨(dú)立的直流電壓，而逆變側(cè)為H橋，采用載波移相正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)，產(chǎn)生交流電壓，然后6個(gè)功率變換單元的逆變側(cè)首尾相連，產(chǎn)生多電平電壓。圖2為每相采用的載波移相正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)的控制框圖。

圖2 載波移相正弦波脈寬調(diào)制控制策略

圖3為A相6個(gè)功率變換單元級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的載波移相正弦波脈寬調(diào)制。圖3中PA、NA為A相6級(jí)H橋的公共調(diào)制信號(hào)，且PA與NA互為相反數(shù)；CA1～CA6為第一級(jí)至第六級(jí)H橋的載波信號(hào)，相鄰兩級(jí)相位相差30°；PA和CA1產(chǎn)生第一級(jí)H橋左側(cè)上下管觸發(fā)信號(hào)，由圖1可知，當(dāng)PA≥CA1時(shí)左側(cè)上管導(dǎo)通，左側(cè)下管關(guān)斷，當(dāng)PA

圖3 A相6級(jí)H橋的載波移相正弦波脈寬調(diào)制波形

2.2 極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型

多極數(shù)電機(jī)適宜工作在低速大轉(zhuǎn)矩場(chǎng)合，少極數(shù)電機(jī)適宜工作在高速小轉(zhuǎn)矩場(chǎng)合。極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)在變極繞組設(shè)計(jì)后，在不改變繞組連接方式的條件下，通過(guò)給電機(jī)繞組提供不同的電源產(chǎn)生不同極數(shù)的磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變極運(yùn)行。本文介紹的極相電機(jī)既可以工作在3相12極，又可以工作在9相4極，是一個(gè)9繞組結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機(jī)。為了能更準(zhǔn)確研究極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)的特性，需要分析電機(jī)自然坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，并準(zhǔn)確搭建該電機(jī)自然坐標(biāo)系下的仿真模型。定義定轉(zhuǎn)子電壓、電流、磁鏈如下：

(1)

式中：Us、Ur分別為定子電壓矩陣、轉(zhuǎn)子電壓矩陣;Is、Ir分別為定子電流矩陣、轉(zhuǎn)子電流矩陣，電流方向分別以流入定子、轉(zhuǎn)子為正方向;ψs、ψr分別為定子磁鏈矩陣、轉(zhuǎn)子磁鏈矩陣。

定、轉(zhuǎn)子繞組的電阻矩陣為

(2)

式中:rs為定子繞組的電阻;rr為轉(zhuǎn)子繞組的電阻。

定、轉(zhuǎn)子電感矩陣為

(3)

定轉(zhuǎn)子的漏感矩陣

式中：lσs為定子繞組的漏感；lσr為轉(zhuǎn)子繞組的漏感。

電壓方程為

(7)

磁鏈方程為

(8)

轉(zhuǎn)矩方程為

(9)

式中：Te為電磁轉(zhuǎn)矩;I為電流矩陣。

運(yùn)動(dòng)方程為

(10)

式中：TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩;ωm為電機(jī)機(jī)械角速度;J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)在自然坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型是多變量強(qiáng)耦合模型，控制非常復(fù)雜。本文采用一種合適的等效變換將極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)的多相交流磁場(chǎng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)體上的直流磁場(chǎng)系統(tǒng)。其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上兩個(gè)互相垂直的直流分量X1d、X1q對(duì)應(yīng)于交流系統(tǒng)的9相4極，另一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上兩個(gè)互相垂直的直流分量X3d、X3q對(duì)應(yīng)于交流系統(tǒng)的3相12極，X1d、X1q與X3d、X3q無(wú)耦合關(guān)系，可以獨(dú)立控制這些直流量。圖4為坐標(biāo)變換示意圖。

圖4 坐標(biāo)變換示意圖

9繞組極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)自然坐標(biāo)系下變換到同步坐標(biāo)系下的變換矩陣C為

(11)

式(11)中變換矩陣C的前兩行對(duì)應(yīng)q1-d1平面，后兩行對(duì)應(yīng)q3-d3平面。

Xq1、Xd1、Xq3、Xd3分別為

(12)

通過(guò)變換矩陣C可以將自然坐標(biāo)系下的電壓方程式(7)、磁鏈方程式(8)、轉(zhuǎn)矩方程式(9)都轉(zhuǎn)換成q1-d1和q3-d3兩個(gè)獨(dú)立平面的同步坐標(biāo)系下的方程。

鼠籠型極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)同步坐標(biāo)系下電壓方程:

(13)

(14)

式中：ud1s、uq1s、id1s、iq1s、id1r、iq1r、L1s、L1r、L1m、ω1、ω1r依次為q1-d1平面下的定子電壓d軸分量、定子電壓q軸分量、定子電流d軸分量、定子電流q軸分量、轉(zhuǎn)子電流d軸分量、轉(zhuǎn)子電流q軸分量、定子繞組電感值、轉(zhuǎn)子繞組電感值、定子與轉(zhuǎn)子之間的激磁電感值、定子電角速度、轉(zhuǎn)子電角速度；ud3s、uq3s、id3s、iq3s、id3r、iq3r、L3s、L3r、L3m、ω3、ω3r依次為q3-d3平面下的定子電壓d軸分量、定子電壓q軸分量、定子電流d軸分量、定子電流q軸分量、轉(zhuǎn)子電流d軸分量、轉(zhuǎn)子電流q軸分量、定子繞組電感值、轉(zhuǎn)子繞組電感值、定子與轉(zhuǎn)子之間的激磁電感值、定子電角速度、轉(zhuǎn)子電角速度；p為微分因子。

同步坐標(biāo)系下磁鏈方程為

(15)

(16)

式中:ψd1s、ψq1s和ψd1r、ψq1r分別為q1-d1平面下定子磁鏈d軸分量、q軸分量和轉(zhuǎn)子磁鏈d軸分量、q軸分量；ψd3s、ψq3s和ψd3r、ψq3r分別為q3-d3平面下定子磁鏈d軸分量、q軸分量和轉(zhuǎn)子磁鏈d軸分量、q軸分量。

同步坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩方程為

Te=p[L1m(iq1sid1r-id1siq1r)+

3L3m(iq3sid3r-id3siq3r)]

(17)

式中:p為電機(jī)極對(duì)數(shù)。

2.3 轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制

本文采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制方法來(lái)控制極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)，就是將轉(zhuǎn)子磁鏈定向于d軸。由式(15)、式(16)可以得到定向后的轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)剑?/p>

(18)

由式(13)、式(14)、式(18)可以得到轉(zhuǎn)子磁鏈定向后的同步坐標(biāo)系下的電壓方程：

(19)

(20)

由式(18)的第1行和式(19)的第4行可以得到:

(21)

由式(18)的第3行和式(20)的第4行可以得到:

(22)

式中:ψ1r、T1r為q1-d1平面下的轉(zhuǎn)子磁鏈值、轉(zhuǎn)子電路時(shí)間常數(shù),T1r=L1r/Rr；ψ3r、T3r為q3-d3平面下的轉(zhuǎn)子磁鏈值、轉(zhuǎn)子電路時(shí)間常數(shù),T3r=L3r/Rr。

由式(15)、式(16)可以看出，轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流的d軸分量(勵(lì)磁分量)產(chǎn)生，與定子電流的q軸分量(轉(zhuǎn)矩分量)無(wú)關(guān)。

由式(18)的第2行和式(19)的第3行可以得到：

(23)

由式(18)的第4行和式(20)的第3行可以得到:

(24)

式中：ω1s、ω3s分別為q1-d1、q3-d3平面下的轉(zhuǎn)差電角速度。

由式(17)和式(18)可以得到轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向后的同步坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩方程:

(25)

由式(23)可得q1-d1平面下的轉(zhuǎn)差方程:

(26)

由式(24)可得q3-d3平面下的轉(zhuǎn)差方程:

(27)

q1-d1平面下轉(zhuǎn)子磁鏈的相位信號(hào)φ1觀測(cè)方程為

(28)

q3-d3平面下轉(zhuǎn)子磁鏈的相位信號(hào)φ3觀測(cè)方程為

(29)

2.4 極相調(diào)制矢量控制

本文通過(guò)轉(zhuǎn)速外環(huán)和定子電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制，結(jié)合轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制策略來(lái)控制級(jí)聯(lián)H橋多電平變頻器產(chǎn)生電機(jī)所需的目標(biāo)電源，使極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)可運(yùn)行于3相12極工況、9相4極工況、過(guò)渡過(guò)程工況，從而擴(kuò)展電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍。

當(dāng)電機(jī)需要工作在9相4極工況時(shí)，首先需要建立9相4極磁場(chǎng)，對(duì)應(yīng)于q1-d1平面的磁場(chǎng)，同時(shí)需要控制q1-d1平面的定子電流d、q軸分量，產(chǎn)生足夠的電磁轉(zhuǎn)矩。

當(dāng)電機(jī)需要工作在3相12極工況時(shí)，首先需要建立3相12極磁場(chǎng)，對(duì)應(yīng)于q3-d3平面的磁場(chǎng)，同時(shí)需要控制q3-d3平面的定子電流d、q軸分量，產(chǎn)生足夠的電磁轉(zhuǎn)矩。

當(dāng)電機(jī)需要從3相12極工況切換到9相4極工況時(shí)，如果直接切換的話，會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩突然大幅度降低的現(xiàn)象，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降，這是因?yàn)榍袚Q前沒(méi)有建立9相4極磁場(chǎng)，導(dǎo)致切換后，3相12極磁場(chǎng)迅速消失后難以控穩(wěn)電磁轉(zhuǎn)矩。本文提出的方法為:切換前，控制穩(wěn)定3相12極對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量來(lái)保持3相12極的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定，同時(shí)給電機(jī)注入9相4極對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流分量，從而使電機(jī)中建立9相4極磁場(chǎng)；然后,將3相12極的轉(zhuǎn)矩電流分量逐漸減小，同時(shí)將9相4極的轉(zhuǎn)矩電流分量逐漸增大，直至3相12極的轉(zhuǎn)矩電流分量減小至0，此時(shí)9相4極的轉(zhuǎn)矩分量足夠大；最后,將3相12極的勵(lì)磁電流分量逐漸減小，9相4極的勵(lì)磁電流分量小幅度增大，直至3相12極的勵(lì)磁電流分量減小至0，此時(shí)電機(jī)中只有9相4極磁場(chǎng)，而沒(méi)有3相12極磁場(chǎng)，完成整個(gè)過(guò)渡過(guò)程。過(guò)渡過(guò)程的磁鏈和轉(zhuǎn)矩分配如圖5所示。同理，可以用這種過(guò)渡方法從9相4極工況切換至3相12極工況。轉(zhuǎn)矩和磁鏈分配函數(shù)如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)矩和磁鏈分配函數(shù)

極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)的控制框圖如圖6所示。

圖6 極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)的控制系統(tǒng)框圖

3 仿真與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證級(jí)聯(lián)H橋多電平變頻器拖動(dòng)極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)的變頻調(diào)速性能，以及極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行在3相12極工況、9相4極工況、3相12極與9相4極之間的過(guò)渡過(guò)程的性能，在MATLAB環(huán)境中搭建了移相變壓器、級(jí)聯(lián)H橋多電平變頻器、極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)、系統(tǒng)控制等模型。級(jí)聯(lián)H橋多電平變頻器參數(shù)如表1所示，極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)參數(shù)如表2所示。

表1 級(jí)聯(lián)H橋多電平變頻器參數(shù)

表2 極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)參數(shù)

圖7為初始轉(zhuǎn)矩為8 000 N·m，0～2 s極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行在3相12極工況，2 s時(shí)刻直接切換至9相4極工況的仿真波形。

圖7 3相12極工況直接切換至9相4極工況的仿真波形

圖8為初始轉(zhuǎn)矩為8000 N·m，極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行在3相12極，采用轉(zhuǎn)矩、磁鏈分配過(guò)渡切換至9相4極的仿真波形，轉(zhuǎn)矩、磁鏈分配控制原理如圖5所示。過(guò)程為：0～2 s運(yùn)行在3相12極工況，2 s開(kāi)始給電機(jī)施加9相4極磁鏈，3 s開(kāi)始將3相12極的轉(zhuǎn)矩電流分量逐漸減小，同時(shí)將9相4極的轉(zhuǎn)矩電流分量逐漸增大，7 s時(shí)小幅度增大9相4極的勵(lì)磁電流分量，7.5 s時(shí)開(kāi)始將3相12極的勵(lì)磁電流分量逐漸減小。

圖8 3相12極工況過(guò)渡切換至9相4極工況的仿真波形

圖9為初始轉(zhuǎn)矩為8 000 N·m，極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行在9相4極，采用轉(zhuǎn)矩、磁鏈分配過(guò)渡切換至3相12極的仿真波形，轉(zhuǎn)矩、磁鏈分配控制原理與圖5同理。過(guò)程為：0～2 s運(yùn)行在9相4極工況，2 s開(kāi)始給電機(jī)施加3相12極磁鏈，3 s開(kāi)始將9相4極的轉(zhuǎn)矩電流分量逐漸減小，同時(shí)將3相12極的轉(zhuǎn)矩電流分量逐漸增大，7 s時(shí)小幅度增大3相12極的勵(lì)磁電流分量，7.5 s時(shí)開(kāi)始將9相4極的勵(lì)磁電流分量逐漸減小。

圖9 9相4極工況過(guò)渡切換至3相12極工況的仿真波形

由圖7(a)可知，3相12極工況直接切換至9相4極工況時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)降低至0左右，造成定子電流的沖擊和轉(zhuǎn)速的降低，如圖7(d)所示，這樣會(huì)給電機(jī)造成一定的影響。由圖8和圖9可知，采用轉(zhuǎn)矩和磁鏈分配的過(guò)渡過(guò)程切換方式[圖8(e)和圖8(f)的控制反饋波形與圖5控制一致，圖9(e)和圖9(f)的控制反饋波形與圖5控制同理]，無(wú)論是3相12極工況過(guò)渡至9相4極工況，還是9相4極工況過(guò)渡至3相12極工況，轉(zhuǎn)矩均沒(méi)有較大的降低現(xiàn)象，如圖8(a)和圖9(a)所示，轉(zhuǎn)速比較平穩(wěn)，如圖8(b)和圖9(b)所示，定子電流沖擊也較小，如圖8(d)和圖9(d)所示。可以看出過(guò)渡過(guò)程切換比直接切換方式對(duì)電機(jī)更加有利。由圖8(d)和圖9(d)可以看出采用級(jí)聯(lián)H橋多電平變頻器拖動(dòng)電機(jī)時(shí)，定子電流諧波含量較小，正弦度較高。另外，仿真結(jié)果也表明了文中提出的級(jí)聯(lián)H橋多電平變頻器采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制和極相調(diào)制矢量控制策略能夠拖動(dòng)極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速和極相調(diào)制運(yùn)行。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了一種級(jí)聯(lián)H橋多電平變頻器以及一種定子繞組可配置為9相4極和3相12極的極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)，并介紹了級(jí)聯(lián)H橋多電平變頻器的載波移相正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)，以及極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制、極相調(diào)制矢量控制等。通過(guò)仿真驗(yàn)證了級(jí)聯(lián)H橋多電平變頻器能夠滿(mǎn)足極相調(diào)制感應(yīng)電機(jī)的變頻調(diào)速性能和極相調(diào)制矢量控制性能，可為新能源發(fā)電、船舶推進(jìn)、工業(yè)傳動(dòng)等高壓大功率領(lǐng)域提供技術(shù)保障。