稀土永磁电机高效能低纹波驱动技术研究

Reducing the loss and ripple of motor drive, then realize the energy-efficienct drive, is the necessary path that our country realizes green industrial development and transition of conventional manufacturing. The objective of this proposal is to investigate energy-efficient and low ripple rare-earth permanent magnet motor(PM motor). The main content includes: 1) Analyze the loss root of PM motor then further refine mathematical model, which builds foundation of the research on improved drive strategy. 2) Investigate new type of power topology and control strategy which can improve drive efficiency, including the strategy which can suppress current harmonic and torque ripple, calibrate the internal power factor, and improve the dynamic performance of electrical torque. 3) Investigate the intergration design of new type drive strategy, including power topology and control strategy, which is to realize the high intergartion energy-efficient motor drive. This proposal will combine simulation, FEM analysis, and experiments to verify the validity of proposed drive strategy. The success of this proposal will promote the development and popularization of energy-efficient motor drive, which gets significant academic and industrial value.

降低电机驱动系统的损耗和控制纹波，实现高效节能电机驱动，是我国推进绿色工业发展，实现传统制造业转型与升级的必由之路。本项目以稀土永磁电机为研究对象，对高效能、低纹波的高效节能驱动技术展开探究。主要研究内容包括：1) 分析稀土永磁电机驱动系统能耗产生的根源，并进一步完善系统数学模型，为新型驱动方案探究提供理论基础；2) 探究提高驱动系统能效的新型电力电子功率拓扑与控制策略，包括电流和转矩纹波抑制技术、内功率因数校正技术、以及电磁转矩动态性能改善技术，进而实现高能效、低纹波驱动；3) 探究新型驱动方案的集成化设计，包括功率拓扑控制算法的整合设计，从而实现高度集成化的高效节能驱动系统。本项目将通过驱动系统仿真、本体有限元建模以及实验验证等多种手段相结合，验证本项目所提控制策略和驱动拓扑的有效性。本项目研究成果有利于促进高效节能稀土永磁电机驱动技术的发展和推广，具有重要学术价值和工程应用意义。

“高效节能电机驱动系统”相比于传统电机驱动系统，能源转换效率要大幅提高，能够很大程度上的节约工业用电量。另外，“高效节能电机驱动系统”不仅仅带来的是生产成本、维护成本的大幅下降，还能够进一步提高生产效率，同时减少工业生产对自然环境的压力。本项目对“高效节能稀土永磁电机驱动系统设计”所探究的关键技术集中为以下几点：（1）电流谐波和转矩脉动的抑制技术：有效抑制定子电流谐波和转矩脉动才能有真正提高驱动系统的能效；（2）单位内功率因数控制：以达到最优的转矩/电流比，充分利用电枢电流；（3）电磁转矩动态性能的优化：在动态过程实现电磁转矩的“快而稳”，以适应工况频繁切换的场合；（4）驱动方案整合与集成化系统设计：对本项目所设计的新型功率拓扑、新型控制算法进行整合设计，力求做到多方兼顾，综合优化。整合功率拓扑，控制电路、辅助电源以及其他辅助装置，对于驱动系统进行集成化设计，力求做到高度集成化和小型轻量化。 本项目计划从理论分析入手，进而通过仿真验证、原理样机设计与测试，实现探究目标，从而实现具有实际意义的“高效节能稀土永磁电机驱动系统”。基于上述探究目标，本项目针对电流纹波、转矩脉动、以及转矩动态响应方面内容，提出了相应的新型功率拓扑结构以及改进型控制算法，实现了更高的转换效率以及更低的控制纹波，达到目标要求。在驱动系统一体化集成设计方面，对稀土永磁电机、驱动系统、以及其他外围辅助装置的集成一体化设计进行了初步探究，并取得相应研究成果。基于前述研究成果，本项目目前在国内外重点期刊发表论文十余篇，申请发明专利并授权与公开十余项，达到项目申请时的成果指标要求。