摘要：近年来，学者们对于电机的研究越来越透彻，发现永磁同步电机(PMSM)的结构简单、响应速度快、噪声小、功率密度大、可实现多电平调制、运行效率高且运行稳定，同时永磁同步电机由于能够和高速负载直接相连而不断地在各个领域中都得到了越来越广泛的认可与应用。对传统的PMSM电机结构进行优化处理，具体方法是：将电机的定子绕组两端都开路，同时由两个变流器进行馈电，于是就可以得到开绕组永磁同步电机（Open-winding permanent magnet synchronous motor，OW-PMSM）结构。由于这种结构采用了两端供电方式，所以能够有效地降低对变流器容量的要求，同时它还具有调制方式灵活、供电方式多样的优点，最重要的一点是，此结构能够满足高压大功率的需求。

开绕组永磁同步电机根据其供电形式的不同，可以分成两种基本的拓扑结构：一种是隔离直流母线型，另一种是共直流母线型。共直流母线型OW-PMSM结构不仅具有OW-PMSM的功率密度大、噪声小等优点，而且共直流母线型OW-PMSM另外还具有结构简单、体积小、成本低等优势，所以在高压大功率等场合非常具有发展和应用潜力。本文将从理论分析、数学建模、仿真分析三个方面来对共直流母线型开绕组永磁同步电机的运行技术进行研究，一方面是研究零轴等效电路分析，另一方面研究零序电流的抑制技术。并且还推导了OW-PMSM在同步旋转坐标系(d-q-0坐标系)下的数学模型，再重点分析了共直流母线型OW-PMSM结构下的零轴等效电路，因为共直流母线型OW-PMSM结构中有零序回路，同时变流器调制会产生共模电压，再加上永磁体本身存在的反电势零序分量，在这两者都存在的情况下，会在OW-PMSM绕组内产生零序电流，从而影响到开绕组永磁同步电机的运行效率和稳定性。所以本文通过对开绕组电机系统的零序电流产生原理进行深入研究，然后再使用模型预测控制（model predictive control，MPC）算法来对系统的零序电流进行抑制。

对于双逆变器开绕组电机系统所特有的多约束问题，用模型预测控制来解决是最好的方法，这种方法具有很高的应用潜力。因此，本文将把共直流母线型开绕组永磁同步电机系统作为研究对象，对单电源供电方式下的共直流母线型开绕组永磁同步电机系统的优化模型预测控制解决方案进行研究。

关键词:OW-PMSM；共直流母线型；优化模型预测控制；零序电流

目 录

摘 要

ABSTRACT

第一章 绪论-1

1.1 课题研究背景及意义-1

1.2 开绕组电机系统的研究现状-1

1.2.1开绕组电机系统模型预测控制研究现状-2

1.2.2 开绕组电机系统的数学模型及等效电路-3

1.3 本文主要研究内容-4

第二章 开绕组永磁电机数学模型及控制方法-5

2.1 OW-PMSM系统建模坐标系及坐标变换矩阵-5

2.2 OW-PMSM系统的拓扑结构和数学模型-7

2.2.1 共直流母线型OW-PMSM系统的拓扑结构-7

2.2.2 共直流母线型OW-PMSM系统的数学模型-8

2.3 开绕组电机系统控制策略-11

2.4 本章小结-11

第三章 双逆变器OW-PMSM系统死区效应分析-12

3.1 双逆变器的原理及SVPWM策略-12

3.1.1 双逆变器的电压矢量-12

3.1.2 双逆变器的零序电压及SVPWM策略-14

3.2 双逆变器的死区效应及补偿方法-14

3.2.1 双逆变器的死区效应-14

3.2.2 双逆变器死区效应的补偿方法-16

3.2.3 死区补偿方法的有效范围-18

3.3 本章小结-19

第四章 OW-PMSM系统零序电流抑制方法-19

4.1 模型预测控制简介-19

4.2 开绕组永磁同步电机的优化模型预测控制策略-20

4.2.1 预测模型-20

4.2.2 电磁转矩和磁链幅值的关系-21

4.3 仿真设计与结果分析-21

4.3.1 OW-PMSM系统预测磁链仿真模型-21

4.3.2 仿真结果分析-24

4.4 本章小结-25

第五章 总结与展望-26

5.1 全文总结-26

5.2 未来展望-26

参考文献-28

致谢-30