前言

定子绕组流过电流，在气隙中产生的以圆形轨迹旋转的磁动势是交流电动机转子旋转工作的基础。为了产生该旋转磁动势，可以采用三相绕组结构，也可以采用相数大于三的多相绕组结构。三相绕组若无中心点引出，则只有两个可控自由度，这两个自由度恰好能满足转子旋转的需要。但当某相绕组故障，或逆变桥臂故障后，只有通过电路拓扑结构的变化才能实现三相电动机容错运行。多相电动机相数通常大于三，若设多相电动机相数为n且无中心点引出，扣除用于控制转子旋转的两个自由度外，则还有n-3个自由度需要控制。正是这n-3个多余的自由度，使得多相电动机驱动系统可以获得比三相电动机驱动系统更加优越的性能，从而满足一些特殊应用场合对于某些特殊性能的需要。

对单台多相电动机构成的驱动系统而言，可以在多个平面上实现机电能量转换，从而增强电动机的带负载能力。例如反电动势为非正弦的多相电动机可以采用定子绕组注入谐波电流方法来增强电动机的带负载能力，或在负载一定的情况下减小功率开关器件的电流峰值。若反电动势为正弦波，则可以利用多余的自由度实现定子绕组故障或逆变桥臂故障后，定子绕组缺相容错运行，从而提高电动机驱动系统的可靠性。为了满足某些应用场合对驱动器体积限制的特殊要求，还可以利用多相电动机多自由度带来的多平面可控特点，构建单逆变器供电多个电动机定子绕组的串联驱动系统，把各个电动机机电能量转换动作置于不同的控制平面上，实现不同电动机机电能量的解耦控制。n相电动机定子绕组通常采用n相逆变器供电，各相承担了电动机总功率的1/n。显然随着相数的增多，各相承担的功率下降，各逆变桥臂承担的功率也随之减小。所以，若电动机每相额定电压不变，则每个绕组及功率开关额定电流幅值降低；若电动机每相额定电流不变，则每个绕组及功率开关额定电压幅值降低，满足某些低压大电流供电场合的需要。正是以上多相电动机驱动系统的特殊性能，使得多相电动机驱动系统在轨道交通、电动汽车、新能源发电、航空航天、军事装备等应用领域得到高度的重视和深入的研究。

与三相电动机控制类似，在多相电动机驱动系统中也存在两种瞬时转矩控制策略：一种是基于电流控制电动机磁场和转矩的矢量控制策略，另一种是基于电压控制电动机磁场和转矩的直接转矩控制策略。多相逆变器可以输出比三相逆变器更多的电压矢量，如何利用这些数量庞大的电压矢量实现多相电动机驱动系统磁场和转矩的瞬时精确控制是亟待解决的现实问题。本书选择多相永磁同步电动机直接转矩控制为中心内容，围绕电动机转矩控制策略、零序电流控制策略、提升负载能力控制策略、缺相容错不间断运行控制策略、多电动机串联驱动控制策略、降低转矩脉动控制策略、无位置传感器控制策略、转子磁悬浮控制策略等内容展开研究及论述。全书共包括九章，内容具体安排如下：

第1章对多相电动机种类、多相电动机驱动系统应用、多相电动机直接转矩控制、多相电动机多自由度应用、多相电动机无位置传感器研究等内容进行综述。

第2章基于多相交流电动机多平面分解坐标变换理论，研究单平面机电能量转换多相电动机、双平面机电能量转换多相电动机数学模型以及多套绕组多相电动机数学模型，为全书控制策略奠定了研究对象数学模型基础。

第3章以反电动势为正弦波的六相对称绕组永磁同步电动机为例，研究具有零序电流自调整的直接转矩控制策略及基于多维立体空间的直接转矩控制策略，以解决多相逆变器输出电压矢量的优化选择和多相电动机驱动系统零序电流的抑制问题。同时也讲解了基于电路模式的多相电动机仿真模型建立及直接转矩控制系统的硬件结构。

第4章以反电动势为梯形波的五相永磁同步电动机为例，研究了具有最大转矩电流比（Maximum Torgue Per Ampere，MTPA）策略的基波和3次谐波双平面的直接转矩控制策略，进一步增强了多相电动机直接转矩控制系统的带负载能力。

第5章以六相永磁同步电动机为研究对象，从产生圆形磁动势旋转轨迹角度，分别研究基于虚拟变量定义的定子绕组缺一相、缺两相、缺三相直接转矩控制策略，同时为了提升缺相后电动机绕组电流的平衡，还研究了对应的定子电流平衡控制策略。

第6章研究单逆变器供电双永磁同步电动机定子绕组串联驱动系统的直接转矩控制策略，重点研究两种类型的串联驱动系统，即反电动势为正弦波的两个电动机串联驱动和反电动势为非正弦波的两个电动机串联驱动，从理论上建立两台电动机解耦型直接转矩控制策略。

第7章研究基于多相逆变器空间电压矢量调制及逆变器功率桥臂占空比直接计算型直接转矩控制策略；同时为了选择到最优的开关电压矢量，研究了多相电动机的预测型直接转矩控制策略。采用上述控制策略后，驱动系统的转矩脉动进一步减小，增强了直接转矩控制系统的运行平稳性。

第8章研究多相电动机直接转矩控制系统定子磁链的观测方法及驱动系统无位置传感器控制策略，同时解决了电动机缺相后，不对称绕组的定子磁链观测难题。

第9章简要研究多相电动机利用其多自由度实现转子磁悬浮运行直接转矩和直接悬浮力控制策略，实现了定子永磁型多相电动机转子悬浮控制的快速响应。

本书的研究内容得到江苏省博士后科学基金（项目编号：1301010A）、国家博士后科学基金（项目编号：2013M541583）、福建省自然科学基金（重点）（项目编号：2021J02023）的资助，对这些项目的资助表示衷心的感谢！作者希望通过本书内容，能够较为全面地解决多相永磁同步电动机直接转矩控制系统关键技术难点，若能对从事多相电动机驱动控制研究、设计、开发等相关领域人员具有启发作用将是作者最大的欣慰！

本书有关章节的内容主要由作者指导的研究生：闫震、熊先云、陈小剑、林晓刚、黄志坡、陈光团、王祖靖、段庆涛、俞海良、陈相、毛洁、黄政凯、钟技、许海军、郑梦飞、王凌波等参与研究而成，部分内容由课题组老师钟天云、屈艾文、陈艳慧协助研究完成。本书部分文字的编辑及排版由作者指导的研究生：陈垚、俞海良、吴鑫、周谋捷、庄恒泉、黄政凯、吴京周等完成。对这些研究生及课题组老师对本书内容的贡献表示衷心的感谢！为了全书内容的完整，本书第1章综述了多位学者研究成果，并加以恰当地引用，对他们的研究成果对本书的贡献表示最衷心的感谢！

由于作者个人认识水平、研究能力有限，书中难免会出现问题解决不全面、错漏等，希望读者及时批评指正。

著者