前言

定子繞組流過電流，在氣隙中產生的以圓形軌跡旋轉的磁動勢是交流電動機轉子旋轉工作的基礎。為了產生該旋轉磁動勢，可以采用三相繞組結構，也可以采用相數大于三的多相繞組結構。三相繞組若無中心點引出，則只有兩個可控自由度，這兩個自由度恰好能滿足轉子旋轉的需要。但當某相繞組故障，或逆變橋臂故障后，只有通過電路拓撲結構的變化才能實現三相電動機容錯運行。多相電動機相數通常大于三，若設多相電動機相數為n且無中心點引出，扣除用于控制轉子旋轉的兩個自由度外，則還有n-3個自由度需要控制。正是這n-3個多余的自由度，使得多相電動機驅動系統可以獲得比三相電動機驅動系統更加優越的性能，從而滿足一些特殊應用場合對于某些特殊性能的需要。

對單臺多相電動機構成的驅動系統而言，可以在多個平面上實現機電能量轉換，從而增強電動機的帶負載能力。例如反電動勢為非正弦的多相電動機可以采用定子繞組注入諧波電流方法來增強電動機的帶負載能力，或在負載一定的情況下減小功率開關器件的電流峰值。若反電動勢為正弦波，則可以利用多余的自由度實現定子繞組故障或逆變橋臂故障后，定子繞組缺相容錯運行，從而提高電動機驅動系統的可靠性。為了滿足某些應用場合對驅動器體積限制的特殊要求，還可以利用多相電動機多自由度帶來的多平面可控特點，構建單逆變器供電多個電動機定子繞組的串聯驅動系統，把各個電動機機電能量轉換動作置于不同的控制平面上，實現不同電動機機電能量的解耦控制。n相電動機定子繞組通常采用n相逆變器供電，各相承擔了電動機總功率的1/n。顯然隨著相數的增多，各相承擔的功率下降，各逆變橋臂承擔的功率也隨之減小。所以，若電動機每相額定電壓不變，則每個繞組及功率開關額定電流幅值降低；若電動機每相額定電流不變，則每個繞組及功率開關額定電壓幅值降低，滿足某些低壓大電流供電場合的需要。正是以上多相電動機驅動系統的特殊性能，使得多相電動機驅動系統在軌道交通、電動汽車、新能源發電、航空航天、軍事裝備等應用領域得到高度的重視和深入的研究。

與三相電動機控制類似，在多相電動機驅動系統中也存在兩種瞬時轉矩控制策略：一種是基于電流控制電動機磁場和轉矩的矢量控制策略，另一種是基于電壓控制電動機磁場和轉矩的直接轉矩控制策略。多相逆變器可以輸出比三相逆變器更多的電壓矢量，如何利用這些數量龐大的電壓矢量實現多相電動機驅動系統磁場和轉矩的瞬時精確控制是亟待解決的現實問題。本書選擇多相永磁同步電動機直接轉矩控制為中心內容，圍繞電動機轉矩控制策略、零序電流控制策略、提升負載能力控制策略、缺相容錯不間斷運行控制策略、多電動機串聯驅動控制策略、降低轉矩脈動控制策略、無位置傳感器控制策略、轉子磁懸浮控制策略等內容展開研究及論述。全書共包括九章，內容具體安排如下：

第1章對多相電動機種類、多相電動機驅動系統應用、多相電動機直接轉矩控制、多相電動機多自由度應用、多相電動機無位置傳感器研究等內容進行綜述。

第2章基于多相交流電動機多平面分解坐標變換理論，研究單平面機電能量轉換多相電動機、雙平面機電能量轉換多相電動機數學模型以及多套繞組多相電動機數學模型，為全書控制策略奠定了研究對象數學模型基礎。

第3章以反電動勢為正弦波的六相對稱繞組永磁同步電動機為例，研究具有零序電流自調整的直接轉矩控制策略及基于多維立體空間的直接轉矩控制策略，以解決多相逆變器輸出電壓矢量的優化選擇和多相電動機驅動系統零序電流的抑制問題。同時也講解了基于電路模式的多相電動機仿真模型建立及直接轉矩控制系統的硬件結構。

第4章以反電動勢為梯形波的五相永磁同步電動機為例，研究了具有最大轉矩電流比（Maximum Torgue Per Ampere，MTPA）策略的基波和3次諧波雙平面的直接轉矩控制策略，進一步增強了多相電動機直接轉矩控制系統的帶負載能力。

第5章以六相永磁同步電動機為研究對象，從產生圓形磁動勢旋轉軌跡角度，分別研究基于虛擬變量定義的定子繞組缺一相、缺兩相、缺三相直接轉矩控制策略，同時為了提升缺相后電動機繞組電流的平衡，還研究了對應的定子電流平衡控制策略。

第6章研究單逆變器供電雙永磁同步電動機定子繞組串聯驅動系統的直接轉矩控制策略，重點研究兩種類型的串聯驅動系統，即反電動勢為正弦波的兩個電動機串聯驅動和反電動勢為非正弦波的兩個電動機串聯驅動，從理論上建立兩臺電動機解耦型直接轉矩控制策略。

第7章研究基于多相逆變器空間電壓矢量調制及逆變器功率橋臂占空比直接計算型直接轉矩控制策略；同時為了選擇到最優的開關電壓矢量，研究了多相電動機的預測型直接轉矩控制策略。采用上述控制策略后，驅動系統的轉矩脈動進一步減小，增強了直接轉矩控制系統的運行平穩性。

第8章研究多相電動機直接轉矩控制系統定子磁鏈的觀測方法及驅動系統無位置傳感器控制策略，同時解決了電動機缺相后，不對稱繞組的定子磁鏈觀測難題。

第9章簡要研究多相電動機利用其多自由度實現轉子磁懸浮運行直接轉矩和直接懸浮力控制策略，實現了定子永磁型多相電動機轉子懸浮控制的快速響應。

本書的研究內容得到江蘇省博士后科學基金（項目編號：1301010A）、國家博士后科學基金（項目編號：2013M541583）、福建省自然科學基金（重點）（項目編號：2021J02023）的資助，對這些項目的資助表示衷心的感謝！作者希望通過本書內容，能夠較為全面地解決多相永磁同步電動機直接轉矩控制系統關鍵技術難點，若能對從事多相電動機驅動控制研究、設計、開發等相關領域人員具有啟發作用將是作者最大的欣慰！

本書有關章節的內容主要由作者指導的研究生：閆震、熊先云、陳小劍、林曉剛、黃志坡、陳光團、王祖靖、段慶濤、俞海良、陳相、毛潔、黃政凱、鐘技、許海軍、鄭夢飛、王凌波等參與研究而成，部分內容由課題組老師鐘天云、屈艾文、陳艷慧協助研究完成。本書部分文字的編輯及排版由作者指導的研究生：陳垚、俞海良、吳鑫、周謀捷、莊恒泉、黃政凱、吳京周等完成。對這些研究生及課題組老師對本書內容的貢獻表示衷心的感謝！為了全書內容的完整，本書第1章綜述了多位學者研究成果，并加以恰當地引用，對他們的研究成果對本書的貢獻表示最衷心的感謝！

由于作者個人認識水平、研究能力有限，書中難免會出現問題解決不全面、錯漏等，希望讀者及時批評指正。

著者