1.1.1 多相电动机驱动系统及其特点

虽然多相电动机驱动系统具有电动机结构复杂、变换器相数多、信号检测采样通道数多等缺陷，但随着电力电子器件、功率电子电路拓扑、数字控制芯片、控制理论等领域的快速发展，构建低成本的多相电动机驱动系统成为可能。相比较于三相电动机驱动系统，多相电动机驱动系统具有以下的优点：

1）驱动系统总功率由多相绕组共同承担，使得每一相绕组的额定电流或额定电压得以降低，给每一相绕组供电的功率电子器件的额定电流或额定电压也随之降低。

2）多相绕组共同承担整个驱动系统的总功率，有利于提升电动机驱动系统容量。

3）多相绕组流过多相电流，需要控制多个自由度。扣除驱动系统必要的机电能量转换所需的自由度控制，剩余自由度还可以实现其他目标控制，例如，增强负载能力、驱动系统缺相容错运行、多电动机串联驱动运行、转子磁悬浮等。

上述优点促进了多相电动机驱动系统的发展。特别是20世纪90年代中、后期，船舶电驱动技术的发展更加有力地推动了多相电动机驱动系统的发展。

多相电动机种类及其特点如图1-1所示，其中使用比较多的是多相异步电动机和多相同步电动机。电动机定子绕组可以采用分布式或集中式，其中集中式绕组可以注入谐波电流，增强带负载能力，将设计模块化。同步电动机包括电励磁同步电动机、磁阻同步电动机、永磁同步电动机等，由于永磁同步电动机利用永磁体磁场与电枢电流作用实现机电能量转换，无需励磁功率，所以电动机效率高，从而得到业界更多的研究及应用。

多相电动机定子、转子与三相电动机类似，但多相电动机定子上存在多个绕组。普通的三相电动机定子上只有三相绕组，每一相绕组所占有的槽数较多，采用分布式绕组后容易获得较为光滑的磁动势及反电动势；但多相电动机中会出现多个绕组竞争有限定子槽的现象，导致每一相绕组占有的槽数减少，磁动势和反电动势谐波含量高。在此情况下，如何获得平稳的电磁转矩输出成为多相电动机驱动系统平稳运行的关键科学问题。

图1-1 多相电动机种类及其特点

从产生空间旋转的磁动势角度出发，两相正交绕组即可满足要求。三相绕组采用无中心点引出的星形联结后只有两个可控自由度，所以定子绕组流过三相对称电流后相当于两相绕组流过两相对称电流的效果。但当电动机绕组数为n（n>3）时，产生相同的空间磁动势对应的n相绕组中的电流可有多种组合方式，利用这样的多种组合特性在实现n相（n>3）电动机机电能量转换功能之外，应该还可以对电动机其他性能进行控制，使得多相电动机驱动系统呈现多自由度、多目标控制的特点。实现多自由度、多目标控制是充分发挥多相电动机驱动优势的关键技术。