矩阵变换器-电机集成驱动系统关键技术研究

To meet the requirements of high power density, high efficiency and high reliability on the next generation motor drive system in AC drive fields, this project proposes an integrated matrix converter motor drive solution. According to the solution, the modeling and analysis methods of the integrated matrix converter motor drive system are studied. Taking multi-fields coupling and multi-constraint into consideration, the multi-objective optimization of the system was presented. Besides, the numerical simulation and experimental verification of the integrated motor drive system under multi-fields coupling conditions was performed. This project aims to solve the problems of the existing integrated motor drive systems. The research of this project provides a viable solution for the key technologies in constructing the new generation of integrated motor drive system with high integration level. The final purpose is to ensure high power density, high efficiency, high reliability and cost-effectiveness of the future drive system.

为满足传动领域对下一代电机驱动系统高功率密度、高效率和高可靠性等要求，提出一种矩阵变换器-电机集成驱动系统的解决方案。针对该解决方案，研究集成驱动系统的建模与分析方法；研究多场耦合和多约束条件下集成驱动系统的多目标优化设计；研究多场耦合下集成驱动系统数值仿真和实验验证。通过上述研究实现矩阵变换器-电机集成驱动系统的高度集成设计。本项目研究有望解决目前集成驱动系统存在的问题，为构建新一代高度集成、高功率密度、高效率和高可靠的集成电机驱动系统提供理论和技术支持，同时为未来电机系统高效节能奠定基础。

本项目面向能源开采与航空航天等工业领域，针对电力传动对下一代电机驱动系统高功率密度、高电能质量与高可靠性的要求，提出将高性能矩阵变换器与电机高度集成为集成驱动系统的解决方案。深入研究矩阵变换器—电机集成驱动系统的工作原理，综合考虑系统中各元器件的寄生效应、近场耦合效应与电路杂散参数，完成系统高频精确建模并把握主要矛盾建立适用于工程设计的简化模型。深入分析集成驱动系统的固有特性与耦合机理，采用基于Pareto理论的多目标优化方法得出系统关键参数的综合最优值。瞄准矩阵变换器-电机集成驱动系统性能提升的关键症结，充分探索系统特性，从拓扑、调制与控制三个关键技术方面研究系统综合优化方法，建立综合优化理论体系。最终运用理论成果与工程积累，成功研制出30kW矩阵变换器-电机集成驱动系统，实现电机驱动系统的多维技术升级，大大缩减电机驱动系统的重量与体积，降低成本，提高系统的效率和可靠性，实现集成驱动装置的高附加值，省材料、省能源、低损耗、低污染、省时省力，对于推动国防科技装备进步、构建未来高效节能电机驱动系统以及助力节能降耗的国家战略具有重要的意义。