直流调磁型记忆电机联合仿真研究文献综述

 2023-08-10 16:01:08

文献综述（或调研报告）：

1.可变磁通记忆电机（VFMM）

近年来人们提出了“可变磁通记忆电机（VFMM）”的概念，通过施加电流脉冲来对低矫顽力（LCF）的永磁体进行充去磁来实现灵活的气隙磁场调节[2]。由于永磁体的矫顽力较低，当外部施加调磁电流时，永磁工作点可以沿着不同的回复线移动，并稳定在新的工作点上。因此它们的磁化状态可以根据特定的电流脉冲水平“记忆存储”，从而大大降低了弱磁控制电流，并使相应的损耗最小化。

现有的VFMM电流脉冲模式可分为交流调磁型和直流调磁型。交流调磁VFMM利用电枢绕组产生d轴电流脉冲来改变PM磁场，结构简单，但对电枢绕组和逆变器额定功率的要求较高。直流调磁的VFMM使用附加的直流调磁线圈对LCF永磁体进行充磁或去磁。相比于交流调磁VFMM，直流调磁VFMM的电枢绕组和调磁绕组可以独立控制，可大大降低对电枢绕组和换流器的要求。然而，直流调磁VFMM需要额外的绕组和转换器，并且电机结构通常更加复杂。考虑到解决无刷化问题，直流调磁VFMM常采用定子永磁结构，使调磁绕组放置于定子，而转子仅为凸极结构，这种结构提高了电机的鲁棒性和可靠性。文献[3]提出了一种新型的定子交替极记忆电机，将具有低矫顽力（LCF）AlNiCo永磁体交替放置在相邻的定子齿之间。文献[4]提出了一种可变磁阻混合永磁VFMM，将同极性永磁体安装在定子的双凸极结构上。上述电机均具有调磁简单和散热好的优点，且提高了电机的效率和抵抗不可逆退磁风险的能力。

2.调磁/电枢集成控制

调磁电流和电枢电流的集成控制的概念源于带直流偏置的正弦电流控制[5][6]，在国内的研究起步较晚，主要应用在可变磁通磁阻电机（Variable Flux Reluctance Machine，VFRM）上。由于VFRM的励磁绕组和电枢绕组放置在同一定子齿上，因此可以将励磁绕组和电枢绕组并联连接形成集成相绕组，然后向集成相绕组中注入带直流偏置的三相电流。直流偏置电流中的直流部分充当励磁电流产生励磁磁场，交流部分作为电枢电流流过三相绕组产生旋转的电枢磁场。由于无需额外的直流励磁绕组，这种VFMM的相电阻较之分开独立控制减小一半，因此在通入相同电流的情况下减少了铜损，提高了电机效率。而且相电阻减半减小了相绕组中的电阻性压降，提高了调速范围。由于相绕组的匝数保持不变，因此在相同的电流条件下，集成电流控制方法可以产生与分开控制方法相近乃至更高的转矩。

VFRM的励磁电流和电枢电流集成控制根据定子槽内通入的零序电流方向的不同采用不同的控制电路和控制策略。针对6/4和6/8 VFRM，采用带有双逆变器三相H桥的基于开绕组结构的集成电流控制[7]；针对6/5和6/7 VFRM，由于成对的集中相绕组中电枢绕组和励磁绕组的极性一组相同而另一组相反，所以将集中相绕组分为两部分绕组，采用双三相逆变器结构[8]。一般在SVPWM调制中改变零矢量的偏移时间来产生共模电压，进而产生零序电流，产生零序电流的作用时间由PI控制器决定，符合伏秒平衡原则。为了减少系统损耗，扩大线性调制的范围，文献[9]建立了包括零序电路在内的开绕组永磁同步发电机的整体数学模型，设计了零序电流控制器。为了得到所需的零序电压基准，对零矢量的驻留时间进行了重新分配和精确计算，并对不同模式的参数和三次谐波反电动势分量的零序电压调制范围进行了定量分析。文献[10]提出了一种基于零序电流滞环控制器的SVPWM策略，选择的电压矢量的零序电压极性与零序电流极性相反，这种矢量作为基波平面的SVPWM基波电压矢量，能够有效地抑制零序电流，拓宽调速范围。

参考文献：

  1. T. M. Jahns, 'Flux-Weakening Regime Operation of an Interior Permanent-Magnet Synchronous Motor Drive,' IEEE Trans. Ind. Appl., vol. IA-23, no. 4, pp. 681-689, Jul. 1987.
  2. H. Yang, H. Lin and Z. Q. Zhu, 'Recent advances in variable flux memory machines for traction applications: A review,' CES Transactions on Electrical Machines and Systems, vol. 2, no. 1, pp. 34-50, Mar. 2018.
  3. H. Yang, H. Lin, S. Fang, Y. Huang and Z. Q. Zhu, 'A novel stator-consequent-pole memory machine,' Proc. Energy Convers. Congr. and Expo （ECCE）, 2016 IEEE, Milwaukee, WI, 2016, pp. 1-8.
  4. H. Yang, H. Lin, Z. Q. Zhu and S. Lyu, 'Novel variable reluctance hybrid magnet memory machines,' 2017 20th Proc. Int. Conf. Electr. Mach. Syst. （ICEMS）, Sydney, NSW, 2017, pp. 1-6.
  5. C. Yu and K. T. Chau, 'Design, Analysis, and Control of DC-Excited Memory Motors,' IEEE Trans. Energy Convers., vol. 26, no. 2, pp. 479-489, Jun. 2011.
  6. X. Liu, Z. Q. Zhu and Z. P. Pan, 'Analysis of electromagnetic torque in sinusoidal excited switched reluctance machines having DC bias in excitation,' 2012 XXth International Conference on Electrical Machines （ICEM）, Marseille, 2012, pp. 2882-2888.
  7. Z. Q. Zhu, B. Lee and X. Liu, 'Integrated Field and Armature Current Control Strategy for Variable Flux Reluctance Machine Using Open Winding,' IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 52, no. 2, pp. 1519-1529, Mar.-Apr. 2016.
  8. Z. Q. Zhu and B. Lee, 'Integrated Field and Armature Current Control for Dual Three-Phase Variable Flux Reluctance Machine Drives,' IEEE Trans. Energy Convers., vol. 32, no. 2, pp. 447-457, Jun. 2017.
  9. Y. Zhou and H. Nian, 'Zero-Sequence Current Suppression Strategy of Open-Winding PMSG System With Common DC Bus Based on Zero Vector Redistribution,' IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 62, no. 6, pp. 3399-3408, Jun. 2015.
  10. X. Lin, W. Huang and L. Wang, 'SVPWM Strategy Based on the Hysteresis Controller of Zero-Sequence Current for Three-Phase Open-End Winding PMSM,' IEEE Trans. Power Electron., vol. 34, no. 4, pp. 3474-3486, Apr. 2019.

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