Open Winding-Permanent Magnet/Magnet Reluctance Hybrid Rotor Double Stator Synchronous Motor SVPWM Control

Yufeng Pang; Shi Jin; Wuhen Jin; Siyang Yu

Shenyang University of Technology, Shenyang, China

Y. Pang, S. Jin, W. Jin and S. Yu, "Open Winding-Permanent Magnet/Magnet Reluctance Hybrid Rotor Double Stator Synchronous Motor SVPWM Control," in CES Transactions on Electrical Machines and Systems, vol. 8, no. 4, pp. 426-435, December 2024, doi: 10.30941/CESTEMS.2024.00031.

摘 要

煤矿输送带及其他低速大扭矩系统对电机的扭矩密度和扭矩稳定性要求较高，永磁/磁阻混合转子双定子同步电机（PM/MRHRDSSM）正好适应这一需求。然而，传统的密绕单逆变矢量控制系统在控制PM/MRHRDSSM时会产生较大的扭矩波动、速度波动以及电流总谐波失真（THD），难以应用于实际生产和生活中。本文提出了一种基于SVPWM双逆变控制策略的大扭矩开绕组永磁/磁阻混合转子双定子同步电机（OW-PM/MRHRDSSM），并分析了开式绕组双逆变器的结构，及其电压矢量数学模型，以现有的双电平逆变器为基础，分别讨论了其作用和控制方法，以及合成电压矢量的分解方法和逆变器装置在小扇区的导通时间。最后，通过仿真比较了传统密绕单逆变矢量控制系统控制PM/MRHRDSSM和基于SVPWM双逆变控制策略的大扭矩OW-PM/MRHRDSSM，证明了所提方法在减少电机运行过程中扭矩波动、速度波动和电流THD的有效性。

Abstract

Coal mine conveyor belt and other low-speed large torque system, the torque density and torque stability of the motor requirements are higher, permanent magnet / magnet reluctance hybrid rotor double stator synchronous motor (PM/MRHRDSSM) is just adapted to this requirement, however, the traditional close winding single inverter vector control system control PM/MRHRDSSM provides large torque ripple, high speed fluctuation and large total harmonic distortion (THD) of the current, difficult to be used in actual production and life, this paper proposes a large torque open winding-permanent magnet / magnet reluctance hybrid rotor double stator synchronous motor(OW-PM/MRHRDSSM) based on SVPWM dual inverter control strategy, and analysis of open winding double inverter structure, and its voltage vector mathematical model, using the existing two-level inverter as a basis, the bilateral inverter separately discussed its role and control method, as well as the decomposition method of synthetic voltage vector and the inverter device in the small sector on-time, the end of this paper through simulation to compare the traditional close winding single inverter vector control system control PM/MRHRDSSM and the large torque OW-PM/MRHRDSSM based on SVPWM dual inverter control strategy to prove the effectiveness of the proposed method in reducing torque ripple, speed fluctuation and THD of current during motor operation.

作者信息

庞玉锋，1999年出生于中国大连市，2021毕业于沈阳化工大学信息工程学院并获得学士学位。目前他正在沈阳工业大学电气工程学院攻读电气工程硕士学位，研究方向为永磁/磁阻混合转子双定子同步电机及其控制。

金石（教授），出生于1981年，毕业于沈阳工业大学电气工程学院，并于2004年，2007年和2011年分别获得了电气工程专业学士、硕士和博士学位，现在是沈阳工业大学电气工程学院教授。目前从事电力电子技术、电机及其控制系统以及风力发电领域的科研与教学工作。最近几年，金石教授承担了两项国家自然科学基金资助的研究项目，并获得了五项省部级科学技术奖，在国内外重要学术期刊或会议上发表了82篇论文，其中65篇被SCI/EI收录，授权发明专利15项。2019年，被选为辽宁省“百千万人才工程”千层次人选，辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才。

金无痕，2016年本科毕业于大连交通大学电气工程及其自动化专业并取得学士学位，2019年毕业于沈阳工业大学电气工程专业并取得硕士学位，目前正在沈阳工业大学电气工程学院攻读电气工程专业博士学位，主要研究方向为永磁/磁阻混合转子双定子同步电机的控制方法。

于思洋（副教授），分别于2011年、2014年和2018年获沈阳工业大学学士、硕士和博士学位，此外于2014年获韩国庆星大学硕士学位。2018年至2020年任沈阳工业大学博士后，现任沈阳工业大学电气工程学院副教授、博士生导师，是IEEE会员和中国电工技术学会高级会员。主要研究方向为永磁电机、磁场调制电机、开关磁阻电机的设计、分析和控制。发表学术论文60余篇，获省部级科技奖励3项。

《中国电工技术学会电机与系统学报（英文）》(CES TEMS)是中国电工技术学会和中国科学院电工研究所共同主办、IEEE PELS学会技术支持的英文学术期刊。期刊发表国内外有关高性能电机系统、电机驱动、电力电子、可再生能源系统、电气化交通等研发及应用领域中原创、前沿学术论文。中国工程院院士马伟明担任主编，IEEE的执委Don Tan博士为国际主编。目前已被ESCI、EI、Scopus、 Inspec、Google scholar、IEEE Xplore、中国科学引文数据库(CSCD) 核心版、DOAJ、CSTPCD、知网、万方、维普等数据库收录。

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