隗 宇， 桂 棟

(上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所有限公司 艦船自動(dòng)化系統(tǒng)事業(yè)部，上海 200135)

0 引 言

船舶電力推進(jìn)技術(shù)是通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)推進(jìn)器運(yùn)行的技術(shù)，相比傳統(tǒng)的通過(guò)熱機(jī)直接驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器運(yùn)行的技術(shù)，具有操縱性、機(jī)動(dòng)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和排放性好，以及設(shè)備安裝布置靈活、易于獲得理想的拖動(dòng)曲線、響應(yīng)速度快和原動(dòng)機(jī)選型靈活等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用[1-2]。

受常用電網(wǎng)制式的影響，目前船舶的電力推進(jìn)系統(tǒng)主要采用的是三相電力推進(jìn)系統(tǒng)。相比三相電機(jī)，十五相電機(jī)的相數(shù)較多，不僅在性能上具有明顯的優(yōu)勢(shì)，而且能實(shí)現(xiàn)一些三相電機(jī)不能實(shí)現(xiàn)的功能，這主要是由于十五相電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)給其帶來(lái)了更多的控制自由度和設(shè)計(jì)自由度。船舶十五相電機(jī)電力推進(jìn)系統(tǒng)具有低速穩(wěn)定性好、效率高、轉(zhuǎn)矩密度高、容錯(cuò)運(yùn)行能力強(qiáng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[3-4]，通過(guò)變頻器脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，PWM)技術(shù)向其中注入特定次數(shù)的諧波，可進(jìn)一步提升其轉(zhuǎn)矩密度。

隨著船舶對(duì)電機(jī)的單機(jī)容量的需求越來(lái)越大，三相電機(jī)的不足越發(fā)明顯，而在相同的電壓和電流等級(jí)下，采用十五相電機(jī)能得到更大的單機(jī)容量。目前，在有關(guān)十五相電機(jī)控制的研究中，大多結(jié)合十五相電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，對(duì)三相電機(jī)控制方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換應(yīng)用，很少基于船舶電力推進(jìn)的特點(diǎn)和十五相電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)其低速穩(wěn)定性和分組運(yùn)行控制效果進(jìn)行研究。本文以十五相電機(jī)為研究對(duì)象，以逆變過(guò)程為研究重點(diǎn)(將整流部分簡(jiǎn)化為直流電源)，結(jié)合十五相電機(jī)電力推進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu)，建立十五相電機(jī)矢量控制方法仿真模型，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)其在4種典型工況下的運(yùn)行效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 電力推進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu)

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的控制過(guò)程是通過(guò)對(duì)逆變器進(jìn)行輸出調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行的控制，電機(jī)運(yùn)行帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生推力，而逆變器是整個(gè)系統(tǒng)控制的核心。本文所述簡(jiǎn)化的電力推進(jìn)系統(tǒng)主要由十五相電機(jī)、逆變器和螺旋槳等組成，其總體架構(gòu)見圖1。該系統(tǒng)的主要參數(shù)：逆變器直流端輸入電壓為DC 4 000 V；PWM之后輸出的基波電壓為AC 2 500 V，輸出的電流為700 A；額定轉(zhuǎn)速為200 r/min；額定容量為26.25 MVA。

圖1 簡(jiǎn)化的十五相電機(jī)電力推進(jìn)系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.1 電機(jī)模型

十五相異步電機(jī)的定子繞組由3組五相繞組構(gòu)成，3組繞組的中點(diǎn)相互隔離，能增強(qiáng)電機(jī)的可靠性和定子繞組的獨(dú)立性。十五相電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分布見圖2。在3組繞組中，每組繞組相差12°電角度，每組繞組的五相繞組間相差72°電角度[5]。

a)定子繞組軸線示意圖

當(dāng)電機(jī)在較低的工況下運(yùn)行時(shí)，可選擇控制電機(jī)和逆變器1組五相運(yùn)行，2組十相運(yùn)行。當(dāng)某相繞組出現(xiàn)故障時(shí)：可隔離該繞組所在故障相的整個(gè)組的五相繞組，使電機(jī)作為十相電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；也可改變剩余相繞組中電流的相位關(guān)系，以產(chǎn)生圓形磁勢(shì)，使電機(jī)在降工況下繼續(xù)運(yùn)行。[3]

定子電壓方程為

Us=Rsis+pΨs=Rsis+p(Lssis+Lsrir)

(1)

轉(zhuǎn)子電壓方程為

Ur=Rrir+pΨr=Rrir+p(Lrrir+Lrsis)

(2)

式(1)和式(2)中：p為微分算子；Ur為轉(zhuǎn)子電壓向量；Us為定子電壓向量；is為定子電流向量；ir為轉(zhuǎn)子電流向量；Ψs為定子磁鏈向量；Ψr為轉(zhuǎn)子磁鏈向量；Rr為轉(zhuǎn)子電阻矩陣；Rs為定子電阻矩陣；Lrr為轉(zhuǎn)子自感矩陣；Lss為定子自感矩陣；Lrs和Lsr為互感矩陣。

根據(jù)電機(jī)能量方程得出電機(jī)轉(zhuǎn)矩公式為

(3)

式(3)中：θr為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)角度；I為電流組合向量；L為電感組合向量；Ir和Is分別為轉(zhuǎn)子電流向量和定子電流向量；np為電機(jī)極對(duì)數(shù)。

根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，電機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程式的一般形式為

(4)

式(4)中：Te為電機(jī)轉(zhuǎn)矩；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；J為電機(jī)及其負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；F為摩擦因數(shù)；k為扭轉(zhuǎn)彈性力系數(shù)。

以上為十五相電機(jī)基本數(shù)學(xué)模型，通?？刹捎肞ark變換、Clark變換和多相坐標(biāo)變換等基本的坐標(biāo)系變換理論，遵循Kron的功率不變性原則，考慮到作任何線性變換都不改變系統(tǒng)的物理本質(zhì)，將十五相電機(jī)轉(zhuǎn)化為兩相靜止坐標(biāo)系和同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行逆變換，保證體現(xiàn)十五相電機(jī)的重要特性，準(zhǔn)確表達(dá)各種性能參數(shù)。兩相靜止坐標(biāo)系下的方程可表示為

(5)

(6)

Te=npM(isβirα-isαirβ)=np(isβΨsα-isαΨsβ)

(7)

式(5)～式(7)中：Ψ為磁鏈；u為電壓；M為互感；L為電感；ω為角速度；i為電流；下標(biāo)s為定子；下標(biāo)r為轉(zhuǎn)子；α和β分別為αβ坐標(biāo)系中的α軸和β軸。

若取同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的實(shí)軸與轉(zhuǎn)子磁鏈方向重合，同步角速度與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度相同，表示為MT坐標(biāo)系下的方程，有

(8)

(9)

Te=npM(isTirM-isMirT)=np(isTΨsM-isMΨsT)

(10)

式(8)～式(10)中：下標(biāo)M和T分別為MT旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的M軸和T軸。

1.2 逆變器結(jié)構(gòu)模型

逆變器由3組(1、2、3)五相(A、B、C、D、E)繞組組成，共15個(gè)單元，每個(gè)單元都采用H橋形式。H橋包含2個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂上有4個(gè)絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、2個(gè)箝位二極管和4個(gè)反向恢復(fù)二極管。每個(gè)H橋有2個(gè)接線端子，這樣可分別接上電動(dòng)機(jī)1個(gè)繞組的2個(gè)端子，形成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。這種接線方式的優(yōu)點(diǎn)是不存在電機(jī)接線的中性點(diǎn)，各H橋與繞組之間的電氣結(jié)構(gòu)獨(dú)立，通過(guò)電磁關(guān)系聯(lián)系起來(lái)。若有1個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生故障，從電氣接線的角度看不存在影響。由于系統(tǒng)采用的是十五相電機(jī)和逆變器，可將逆變器結(jié)構(gòu)分成3組，每組五相，每組可通過(guò)獨(dú)立的直流電源供電，自帶獨(dú)立的控制器，通過(guò)通信系統(tǒng)聯(lián)系協(xié)調(diào)工作，這樣能增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.3 螺旋槳模型

當(dāng)前船舶采用的推進(jìn)器以螺旋槳為主，根據(jù)船舶原理中的相關(guān)理論，得到一種簡(jiǎn)易的螺旋槳負(fù)載模型見圖4。

圖4 一種簡(jiǎn)易的螺旋槳負(fù)載模型

由于在仿真過(guò)程中只需知道螺旋槳的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，且本文關(guān)注的是電機(jī)的控制效果，因此可對(duì)螺旋槳負(fù)載模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。從圖4中可看出，螺旋槳的負(fù)載轉(zhuǎn)矩近似與船舶航速的平方成正比，因此可近似認(rèn)為推進(jìn)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即

M=Kn2

(11)

式(11)中：K為比例系數(shù)，即螺旋槳負(fù)載系數(shù)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值選取；n為轉(zhuǎn)速。

2 矢量控制實(shí)現(xiàn)

2.1 矢量控制基本原理

對(duì)十五相異步電機(jī)進(jìn)行矢量控制的目的是改善其轉(zhuǎn)矩控制性能，同時(shí)兼顧減小諧波，提高調(diào)制比，降低對(duì)系統(tǒng)的沖擊等，因此最終實(shí)施仍要落實(shí)到對(duì)定子電流的控制上。矢量控制的思路來(lái)源于直流電機(jī)控制，希望通過(guò)解耦實(shí)現(xiàn)對(duì)類似于直流電機(jī)控制的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的表達(dá)，得到實(shí)質(zhì)上一樣但形式上不同的數(shù)學(xué)表達(dá)式。然而，這些直流給定量在實(shí)際系統(tǒng)中是不存在的，必須經(jīng)過(guò)逆變換過(guò)程進(jìn)行還原，將這些直流給定量變換成基于實(shí)際系統(tǒng)的交流給定量，在多相定子坐標(biāo)系中對(duì)交流給定量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使實(shí)際值盡可能地接近給定值[7]。

具體而言，先選定一個(gè)參考方向(通常選某一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向)，再將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸(直軸)固定在該磁場(chǎng)方向，稱其為M軸，與其相對(duì)應(yīng)的q軸(交軸)稱為T軸。將定子十五相電流分解為M軸上的分量isM和T軸上的分量isT，二者分別為定子電流在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，能使異步電動(dòng)機(jī)具有與直流電動(dòng)機(jī)等效的調(diào)速控制方式。在進(jìn)行實(shí)時(shí)控制時(shí)，將isM和isT作為控制信號(hào)，通過(guò)等效變換，可得到等效的定子十五相電流[8]，基本原理見圖5。

圖5 矢量控制基本原理圖

2.2 矢量控制實(shí)現(xiàn)方法

轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向的矢量為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)參考方向，根據(jù)式(8)～式(10)，需滿足

ΨrT=0；pΨrT=0；ΨrM=Ψr

(12)

(13)

usM=p(LsisM+MirM)-ωr(LsisT+MirT)+RsisM=

(14)

(15)

從式(13)中的第3個(gè)公式中可看出，轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)怯啥ㄗ拥膭?lì)磁電流分量isM單獨(dú)產(chǎn)生的，與定子的轉(zhuǎn)矩電流isT無(wú)關(guān)；從式(13)中的第4個(gè)公式中可看出，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鏈不變時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩由定子的轉(zhuǎn)矩電流分量isT產(chǎn)生，電磁轉(zhuǎn)矩與isT成正比關(guān)系，與定子的勵(lì)磁電流分量無(wú)關(guān)。這種控制方式根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向的異步電機(jī)矢量控制，可實(shí)現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩電流完全解耦。

十五相電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)是一個(gè)多環(huán)節(jié)的耦合復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需采用PI(Proportional Integral)調(diào)節(jié)器對(duì)磁通、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和電流進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)，根據(jù)式(4)、式(13)、式(14)和式(15)推導(dǎo)，轉(zhuǎn)子磁鏈采用連續(xù)的閉環(huán)控制，在補(bǔ)償直軸耦合分量的基礎(chǔ)上，直接控制轉(zhuǎn)子磁鏈的變化率。在進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制時(shí)，需采用至少3環(huán)結(jié)構(gòu)，其中：內(nèi)環(huán)為定子電流轉(zhuǎn)矩分量控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩電流的快速跟隨，用于補(bǔ)償直軸分量和旋轉(zhuǎn)分量；第二環(huán)為轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，用于抑制轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)的影響；外環(huán)為轉(zhuǎn)速環(huán)，綜合調(diào)節(jié)和控制各相參數(shù)。[7-8]最終該矢量控制系統(tǒng)由磁通調(diào)節(jié)、直軸電流調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)、交軸電流調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等5個(gè)調(diào)節(jié)器組成，通過(guò)組合形成的十五相電機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶靠刂圃硪妶D6。

圖6 十五相電機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶靠刂圃?/p>

具體實(shí)現(xiàn)如下：

1)將轉(zhuǎn)子磁鏈的偏差送入磁鏈調(diào)節(jié)器得到給定的直軸電流，將直軸電流的偏差送入直軸電流調(diào)節(jié)器得到直軸分量并補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)電勢(shì)、感應(yīng)電勢(shì)和耦合電勢(shì)，由此即可得到直軸給定電壓。

2)將轉(zhuǎn)速偏差送入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩給定值，將轉(zhuǎn)矩偏差送入轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器得到交軸電壓給定值，同時(shí)穩(wěn)定系統(tǒng)，減小磁鏈變化的影響，減小負(fù)載變化的影響；將交軸電流的偏差送入交軸電流調(diào)節(jié)器得到交軸分量，同時(shí)補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)電勢(shì)和直軸耦合分量等，得到交軸電壓給定值。

3)通過(guò)矢量控制器的作用得到直軸和交軸的給定電壓，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置角度，通過(guò)Park變換得到靜止坐標(biāo)系下的橫軸和縱軸分量。根據(jù)多相靜止坐標(biāo)系與兩相靜止坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律，將其變換到十五相坐標(biāo)系中，得到各相的電壓，通過(guò)逆變器進(jìn)行PWM，得到需給定的十五相電機(jī)的各相電壓，仿真模型見圖7。

圖7 十五相電機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶靠刂品抡婺Ｐ?/p>

以十五相電機(jī)矢量控制系統(tǒng)原理和特征為基礎(chǔ)，從轉(zhuǎn)矩控制效果出發(fā)，通過(guò)多調(diào)節(jié)器組合控制實(shí)現(xiàn)解耦和補(bǔ)償，通過(guò)分別控制直軸電流和交軸電流對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行解耦控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的既分開又整合的連續(xù)控制。這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)在于：根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)配置進(jìn)行調(diào)整，對(duì)耦合分量進(jìn)行補(bǔ)償，具有更好的適應(yīng)性；能克服矢量控制對(duì)轉(zhuǎn)子電阻等參數(shù)的直接依賴性；采用連續(xù)的控制方法，能減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

3 控制效果驗(yàn)證

系統(tǒng)模型是參照文獻(xiàn)[1]、文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[7]，完全按系統(tǒng)的數(shù)學(xué)方程建立的。利用該模型仿真模擬系統(tǒng)在多種工況下的運(yùn)行情況，對(duì)電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和磁鏈等參數(shù)的取值及其變化趨勢(shì)進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算結(jié)果在正常誤差范圍內(nèi)，模型參數(shù)與電機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的參數(shù)具有相似性，表明該仿真模型是可行的，能反映系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行效果。

以該模型為基礎(chǔ)，分別模擬十五相電機(jī)在分組運(yùn)行、調(diào)速運(yùn)行、變負(fù)載運(yùn)行和正倒車運(yùn)行等典型工況下的運(yùn)行情況。

1)工況1：分組運(yùn)行。啟動(dòng)和低工況時(shí)，1組五相運(yùn)行；中工況時(shí)，2組十相運(yùn)行；高工況時(shí)，3組十五相運(yùn)行。在分組運(yùn)行時(shí)，不工作組的逆變器通道封閉，電機(jī)繞組開路，工作組仍呈對(duì)稱分布。在模擬工況下模擬以最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速20 r/min(1組五相)啟動(dòng)→以轉(zhuǎn)速90 r/min(1組五相)運(yùn)行→以轉(zhuǎn)速120 r/min(2組十相)運(yùn)行→以轉(zhuǎn)速200 r/min(3組十五相)運(yùn)行→以轉(zhuǎn)速120 r/min(2組十相)運(yùn)行。圖8～圖11分別為工況1下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線、A相調(diào)制電壓波形和A相線電流。

圖8 工況1下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線

圖9 工況1下的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線

圖10 工況1下的A相調(diào)制電壓波形

圖11 工況1下的A相線電流

2)工況2：調(diào)速運(yùn)行。主要模擬過(guò)程包括：?jiǎn)?dòng)后低速穩(wěn)定運(yùn)行(20 r/min)→加速運(yùn)行→額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行(200 r/min)→超速運(yùn)行(210 r/min)→減速運(yùn)行(100 r/min)。圖12和圖13分別為工況2下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線。

圖12 工況2下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線

圖13 工況2下的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線

模型運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小，極限低速時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比例稍大(±2%)，正常中高速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)很小(±1%以內(nèi))，穩(wěn)態(tài)調(diào)速精度較高，均能達(dá)到±0.2 r/min。

3)工況3：變負(fù)載運(yùn)行。主要仿真模擬電機(jī)啟動(dòng)帶額定負(fù)載達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之后的變負(fù)載工作，負(fù)載系數(shù)(參照式(9))的變化過(guò)程為0.25→0.30→0.25→0.15。圖14為工況3設(shè)定的負(fù)載系數(shù)；圖15和圖16分別為工況3下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線。

圖14 工況3設(shè)定的負(fù)載系數(shù)

圖15 工況3下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線

圖16 工況3下的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線

4)工況4：正倒車運(yùn)行。主要模擬電機(jī)啟動(dòng)帶額定負(fù)載達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之后，急減速達(dá)到倒車額定轉(zhuǎn)速。圖17和圖18分別為工況4下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線。

圖17 工況4下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線

圖18 工況4下的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線

通過(guò)模擬十五相電機(jī)在分組運(yùn)行、調(diào)速運(yùn)行、變負(fù)載運(yùn)行和正倒車運(yùn)行等4種典型工況下的運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn)，調(diào)速過(guò)程中實(shí)際轉(zhuǎn)速跟隨給定轉(zhuǎn)速變化，變負(fù)載時(shí)能快速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩適應(yīng)負(fù)載的變化，整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，超調(diào)量小，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，調(diào)速精度高，電壓調(diào)制度高，諧波小，達(dá)到了預(yù)期的控制要求。特別是十五相電機(jī)相比三相電機(jī)具有分組運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，在低工況下采用1組五相運(yùn)行，在中工況下采用2組十相運(yùn)行，在高工況下采用3組十五相運(yùn)行。通過(guò)比較工況1與工況2可知，在低工況下采用1組五相運(yùn)行時(shí)，低速穩(wěn)定性更好，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)更小。系統(tǒng)在分組運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性較好，只是帶負(fù)載能力稍差一些，適合在中低工況下運(yùn)行。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)分析十五相電機(jī)電力推進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型，采用矢量控制方法搭建了十五相電機(jī)矢量控制仿真模型，并對(duì)4種典型工況進(jìn)行了仿真模擬，結(jié)果表明，該十五相電機(jī)矢量控制仿真模型的控制效果良好，響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，調(diào)速精度高，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)能始終控制在合理的范圍內(nèi)，抵抗外界干擾的能力強(qiáng)，負(fù)載的調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，能保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期的控制要求，表明了十五相電機(jī)矢量控制方法的有效性、適用性和合理性。

十五相電機(jī)相比三相電機(jī)能在中低工況下分組運(yùn)行，分組運(yùn)行時(shí)低速穩(wěn)定性更好，且其在可靠性和電流調(diào)制靈活性方面的優(yōu)勢(shì)是三相電機(jī)無(wú)法相比的。當(dāng)遇到故障相時(shí)，可通過(guò)脫開故障組，或控制剩余各相電流，改變不對(duì)稱性，維持磁鏈接近為圓形，提高電機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性、帶負(fù)載能力和可靠性。因此，十五相電機(jī)具有重要的研究和實(shí)用價(jià)值。

本文主要研究了十五相電機(jī)的矢量控制方法，理論上能直接在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需考慮開關(guān)頻率、開關(guān)速率和安全保護(hù)等方面的問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，開關(guān)頻率和開關(guān)速率會(huì)直接影響PWM效果，需進(jìn)行相應(yīng)的修正，并保證互斥開關(guān)的時(shí)間差；在實(shí)際控制過(guò)程中，在安全方面要增加過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、速率限制保護(hù)和制動(dòng)控制保護(hù)等，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。