1.1.1 多相電動機驅動系統及其特點

雖然多相電動機驅動系統具有電動機結構復雜、變換器相數多、信號檢測采樣通道數多等缺陷，但隨著電力電子器件、功率電子電路拓撲、數字控制芯片、控制理論等領域的快速發展，構建低成本的多相電動機驅動系統成為可能。相比較于三相電動機驅動系統，多相電動機驅動系統具有以下的優點：

1）驅動系統總功率由多相繞組共同承擔，使得每一相繞組的額定電流或額定電壓得以降低，給每一相繞組供電的功率電子器件的額定電流或額定電壓也隨之降低。

2）多相繞組共同承擔整個驅動系統的總功率，有利于提升電動機驅動系統容量。

3）多相繞組流過多相電流，需要控制多個自由度。扣除驅動系統必要的機電能量轉換所需的自由度控制，剩余自由度還可以實現其他目標控制，例如，增強負載能力、驅動系統缺相容錯運行、多電動機串聯驅動運行、轉子磁懸浮等。

上述優點促進了多相電動機驅動系統的發展。特別是20世紀90年代中、后期，船舶電驅動技術的發展更加有力地推動了多相電動機驅動系統的發展。

多相電動機種類及其特點如圖1-1所示，其中使用比較多的是多相異步電動機和多相同步電動機。電動機定子繞組可以采用分布式或集中式，其中集中式繞組可以注入諧波電流，增強帶負載能力，將設計模塊化。同步電動機包括電勵磁同步電動機、磁阻同步電動機、永磁同步電動機等，由于永磁同步電動機利用永磁體磁場與電樞電流作用實現機電能量轉換，無需勵磁功率，所以電動機效率高，從而得到業界更多的研究及應用。

多相電動機定子、轉子與三相電動機類似，但多相電動機定子上存在多個繞組。普通的三相電動機定子上只有三相繞組，每一相繞組所占有的槽數較多，采用分布式繞組后容易獲得較為光滑的磁動勢及反電動勢；但多相電動機中會出現多個繞組競爭有限定子槽的現象，導致每一相繞組占有的槽數減少，磁動勢和反電動勢諧波含量高。在此情況下，如何獲得平穩的電磁轉矩輸出成為多相電動機驅動系統平穩運行的關鍵科學問題。

圖1-1 多相電動機種類及其特點

從產生空間旋轉的磁動勢角度出發，兩相正交繞組即可滿足要求。三相繞組采用無中心點引出的星形聯結后只有兩個可控自由度，所以定子繞組流過三相對稱電流后相當于兩相繞組流過兩相對稱電流的效果。但當電動機繞組數為n（n>3）時，產生相同的空間磁動勢對應的n相繞組中的電流可有多種組合方式，利用這樣的多種組合特性在實現n相（n>3）電動機機電能量轉換功能之外，應該還可以對電動機其他性能進行控制，使得多相電動機驅動系統呈現多自由度、多目標控制的特點。實現多自由度、多目標控制是充分發揮多相電動機驅動優勢的關鍵技術。