基于四橋臂的三次諧波注入式永磁同步電機轉矩密度優化

馬嘉杰，孫培德

(東華大學 信息科學與技術學院，上海 201600)

0 引 言

永磁同步電機是轉子勵磁采用永久磁鐵勵磁的同步電動機，具有起動牽引力大，功率密度高，穩定性高等優點[1]。國內外學者對永磁同步電機進行了深入研究，并將其廣泛應用于電動汽車[2-3]、航空航天[4-5]等領域。同時，三相四橋臂永磁同步電機拓撲結構如圖1所示。其中三相電樞繞組為星形連接，中性點由導線引出，與第四橋臂相連構成半開放式繞組連接方式。這種拓撲結構在永磁同步電機中性點引出一根導線，連接新增的第四橋臂，不僅減小了變換器體積和質量，也解決了三相輸出電壓不平衡[6]的問題，控制方法也比較靈活多變。這種拓撲結構與三相經典拓撲相比，中性點的引出增加了一個額外自由度，也為三次諧波電流提供了通道，并且提高了系統的容錯能力[7-9]，因此具有良好的應用價值。

圖1 四橋臂拓撲永磁同步電機系統

圖1的三相四橋臂永磁同步電機系統，注入三次諧波電流是有意義的，在基波的基礎上注入三次諧波，使得相電流增加，轉矩也增大。對于傳統繞組星形連接的三相電機，就算外部注入三次諧波電流，定子電流上的三次諧波分量也會互相抵消，即三相電機中性點沒有電流的三次諧波分量，因此必須在中性點引出一根線連接第四橋臂才能使三次諧波電流通過。基于四橋臂拓撲的永磁同步電機，外部注入三次諧波，可以提高電機的功率和轉矩密度[10-12]。……