前言

定子繞組流過電流，在氣隙中產(chǎn)生的以圓形軌跡旋轉(zhuǎn)的磁動(dòng)勢是交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)工作的基礎(chǔ)。為了產(chǎn)生該旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，可以采用三相繞組結(jié)構(gòu)，也可以采用相數(shù)大于三的多相繞組結(jié)構(gòu)。三相繞組若無中心點(diǎn)引出，則只有兩個(gè)可控自由度，這兩個(gè)自由度恰好能滿足轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的需要。但當(dāng)某相繞組故障，或逆變橋臂故障后，只有通過電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化才能實(shí)現(xiàn)三相電動(dòng)機(jī)容錯(cuò)運(yùn)行。多相電動(dòng)機(jī)相數(shù)通常大于三，若設(shè)多相電動(dòng)機(jī)相數(shù)為n且無中心點(diǎn)引出，扣除用于控制轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)自由度外，則還有n-3個(gè)自由度需要控制。正是這n-3個(gè)多余的自由度，使得多相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以獲得比三相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更加優(yōu)越的性能，從而滿足一些特殊應(yīng)用場合對于某些特殊性能的需要。

對單臺多相電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言，可以在多個(gè)平面上實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，從而增強(qiáng)電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力。例如反電動(dòng)勢為非正弦的多相電動(dòng)機(jī)可以采用定子繞組注入諧波電流方法來增強(qiáng)電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力，或在負(fù)載一定的情況下減小功率開關(guān)器件的電流峰值。若反電動(dòng)勢為正弦波，則可以利用多余的自由度實(shí)現(xiàn)定子繞組故障或逆變橋臂故障后，定子繞組缺相容錯(cuò)運(yùn)行，從而提高電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。為了滿足某些應(yīng)用場合對驅(qū)動(dòng)器體積限制的特殊要求，還可以利用多相電動(dòng)機(jī)多自由度帶來的多平面可控特點(diǎn)，構(gòu)建單逆變器供電多個(gè)電動(dòng)機(jī)定子繞組的串聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，把各個(gè)電動(dòng)機(jī)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換動(dòng)作置于不同的控制平面上，實(shí)現(xiàn)不同電動(dòng)機(jī)機(jī)電能量的解耦控制。n相電動(dòng)機(jī)定子繞組通常采用n相逆變器供電，各相承擔(dān)了電動(dòng)機(jī)總功率的1/n。顯然隨著相數(shù)的增多，各相承擔(dān)的功率下降，各逆變橋臂承擔(dān)的功率也隨之減小。所以，若電動(dòng)機(jī)每相額定電壓不變，則每個(gè)繞組及功率開關(guān)額定電流幅值降低；若電動(dòng)機(jī)每相額定電流不變，則每個(gè)繞組及功率開關(guān)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特殊性能，使得多相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在軌道交通、電動(dòng)汽車、新能源發(fā)電、航空航天、軍事裝備等應(yīng)用領(lǐng)域得到高度的重視和深入的研究。

與三相電動(dòng)機(jī)控制類似，在多相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中也存在兩種瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制策略：一種是基于電流控制電動(dòng)機(jī)磁場和轉(zhuǎn)矩的矢量控制策略，另一種是基于電壓控制電動(dòng)機(jī)磁場和轉(zhuǎn)矩的直接轉(zhuǎn)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(shù)量龐大的電壓矢量實(shí)現(xiàn)多相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)磁場和轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)精確控制是亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。本書選擇多相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制為中心內(nèi)容，圍繞電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略、零序電流控制策略、提升負(fù)載能力控制策略、缺相容錯(cuò)不間斷運(yùn)行控制策略、多電動(dòng)機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制策略、降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制策略、無位置傳感器控制策略、轉(zhuǎn)子磁懸浮控制策略等內(nèi)容展開研究及論述。全書共包括九章，內(nèi)容具體安排如下：

第1章對多相電動(dòng)機(jī)種類、多相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用、多相電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制、多相電動(dòng)機(jī)多自由度應(yīng)用、多相電動(dòng)機(jī)無位置傳感器研究等內(nèi)容進(jìn)行綜述。

第2章基于多相交流電動(dòng)機(jī)多平面分解坐標(biāo)變換理論，研究單平面機(jī)電能量轉(zhuǎn)換多相電動(dòng)機(jī)、雙平面機(jī)電能量轉(zhuǎn)換多相電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型以及多套繞組多相電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型，為全書控制策略奠定了研究對象數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)。

第3章以反電動(dòng)勢為正弦波的六相對稱繞組永磁同步電動(dòng)機(jī)為例，研究具有零序電流自調(diào)整的直接轉(zhuǎn)矩控制策略及基于多維立體空間的直接轉(zhuǎn)矩控制策略，以解決多相逆變器輸出電壓矢量的優(yōu)化選擇和多相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)零序電流的抑制問題。同時(shí)也講解了基于電路模式的多相電動(dòng)機(jī)仿真模型建立及直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。

第4章以反電動(dòng)勢為梯形波的五相永磁同步電動(dòng)機(jī)為例，研究了具有最大轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩控制策略，進(jìn)一步增強(qiáng)了多相電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的帶負(fù)載能力。

第5章以六相永磁同步電動(dòng)機(jī)為研究對象，從產(chǎn)生圓形磁動(dòng)勢旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩控制策略，同時(shí)為了提升缺相后電動(dòng)機(jī)繞組電流的平衡，還研究了對應(yīng)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(dòng)機(jī)定子繞組串聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制策略，重點(diǎn)研究兩種類型的串聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即反電動(dòng)勢為正弦波的兩個(gè)電動(dòng)機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)和反電動(dòng)勢為非正弦波的兩個(gè)電動(dòng)機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)，從理論上建立兩臺電動(dòng)機(jī)解耦型直接轉(zhuǎn)矩控制策略。

第7章研究基于多相逆變器空間電壓矢量調(diào)制及逆變器功率橋臂占空比直接計(jì)算型直接轉(zhuǎn)矩控制策略；同時(shí)為了選擇到最優(yōu)的開關(guān)電壓矢量，研究了多相電動(dòng)機(jī)的預(yù)測型直接轉(zhuǎn)矩控制策略。采用上述控制策略后，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)一步減小，增強(qiáng)了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的運(yùn)行平穩(wěn)性。

第8章研究多相電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)定子磁鏈的觀測方法及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無位置傳感器控制策略，同時(shí)解決了電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)利用其多自由度實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁懸浮運(yùn)行直接轉(zhuǎn)矩和直接懸浮力控制策略，實(shí)現(xiàn)了定子永磁型多相電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子懸浮控制的快速響應(yīng)。

本書的研究內(nèi)容得到江蘇省博士后科學(xué)基金（項(xiàng)目編號：1301010A）、國家博士后科學(xué)基金（項(xiàng)目編號：2013M541583）、福建省自然科學(xué)基金（重點(diǎn)）（項(xiàng)目編號：2021J02023）的資助，對這些項(xiàng)目的資助表示衷心的感謝！作者希望通過本書內(nèi)容，能夠較為全面地解決多相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，若能對從事多相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制研究、設(shè)計(jì)、開發(fā)等相關(guān)領(lǐng)域人員具有啟發(fā)作用將是作者最大的欣慰！

本書有關(guān)章節(jié)的內(nèi)容主要由作者指導(dǎo)的研究生：閆震、熊先云、陳小劍、林曉剛、黃志坡、陳光團(tuán)、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(nèi)容由課題組老師鐘天云、屈艾文、陳艷慧協(xié)助研究完成。本書部分文字的編輯及排版由作者指導(dǎo)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(nèi)容的貢獻(xiàn)表示衷心的感謝！為了全書內(nèi)容的完整，本書第1章綜述了多位學(xué)者研究成果，并加以恰當(dāng)?shù)匾茫瑢λ麄兊难芯砍晒麑Ρ緯呢暙I(xiàn)表示最衷心的感謝！

由于作者個(gè)人認(rèn)識水平、研究能力有限，書中難免會出現(xiàn)問題解決不全面、錯(cuò)漏等，希望讀者及時(shí)批評指正。

著者