
兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (S1): 250649-.doi: 10.12382/bgxb.2025.0649
收稿日期:2025-07-15
上线日期:2025-11-06
通讯作者:
基金资助:
YAO Yujie*(
), QIAO Mingzhong, WU Bo, SUN Lucheng, WANG Kangning
Received:2025-07-15
Online:2025-11-06
摘要:
磁场调制分数槽电机利用磁场调制效应取消了传统电力推进中的齿轮箱结构,简化了电力推进系统结构,降低了系统的机械噪声,且具有的功率密度大、转矩密度高等优势而适用于自主式潜航器电力推进领域。磁场调制电机可利用多个励磁磁密谐波协同工作,显著提升电机的转矩密度,但类型电机同时会调制出部分低次电枢磁密谐波,导致磁场调制类电机功率因数低、谐波损耗大以及转矩脉动大等问题,对自主式潜航器的隐身性和工作效率产生了负面影响。将从电机优化控制层面,重点介绍转矩脉动抑制、提高功率因数以及效率优化的控制策略。最后对此类电机在新能源发电、舰船推进和电动汽车上应用的技术现状进行总结,并讨论该类电机在自主式潜航器上应用的关键技术和发展方向。
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| 电机类型 | 功率密度 | 效率 | 振动噪声 |
|---|---|---|---|
| 永磁电机 | 较高 | 全工况较高 | 较高 |
| 磁场调制永磁电机 | 高 | 宽转速范围高 | 低 |
表1 永磁电机与磁场调制电机性能对比
Table 1 Performance comparison table between permanent magnet motor and magnetic field modulation motor
| 电机类型 | 功率密度 | 效率 | 振动噪声 |
|---|---|---|---|
| 永磁电机 | 较高 | 全工况较高 | 较高 |
| 磁场调制永磁电机 | 高 | 宽转速范围高 | 低 |
| 控制策略 | 转矩动态响应 | 转矩脉动 |
|---|---|---|
| FOC | 较快 | 小 |
| DTC | 快 | 大 |
表2 FOC与DTC性能对比
Table 2 Performance comparison table between FOC and DTC
| 控制策略 | 转矩动态响应 | 转矩脉动 |
|---|---|---|
| FOC | 较快 | 小 |
| DTC | 快 | 大 |
| 特征 | 方法 | ||
|---|---|---|---|
| 转矩补偿法 | 谐波优 化控制 | 自抗扰迭代 学习控制 | |
| 动态响应速度 | 快 | 中 | 慢 |
| 复杂度 | 中等 | 高 | 高 |
| 参数敏感性 | 高 | 中 | 高 |
| 优点 | 实时性强,实现简单 | 针对性强,谐波抑制效果显著 | 抗干扰能力强,精度高 |
| 缺点 | 依赖模型和观测器,鲁棒性低 | 依赖模型和观测器,鲁棒性低 | 需要多次迭代,存储和计算资源需求高 |
| 适用场景 | 工业伺服系统、电动汽车驱动等实时性要求高的场合 | PMSM的齿槽转矩抑制、电力推进系统的低谐波控制等 | 机械臂驱动、高精度转台等控制精度要求高的场景 |
表3 转矩脉动优化控制策略性能对比
Table 3 Torque ripple optimization control strategy performance comparison table
| 特征 | 方法 | ||
|---|---|---|---|
| 转矩补偿法 | 谐波优 化控制 | 自抗扰迭代 学习控制 | |
| 动态响应速度 | 快 | 中 | 慢 |
| 复杂度 | 中等 | 高 | 高 |
| 参数敏感性 | 高 | 中 | 高 |
| 优点 | 实时性强,实现简单 | 针对性强,谐波抑制效果显著 | 抗干扰能力强,精度高 |
| 缺点 | 依赖模型和观测器,鲁棒性低 | 依赖模型和观测器,鲁棒性低 | 需要多次迭代,存储和计算资源需求高 |
| 适用场景 | 工业伺服系统、电动汽车驱动等实时性要求高的场合 | PMSM的齿槽转矩抑制、电力推进系统的低谐波控制等 | 机械臂驱动、高精度转台等控制精度要求高的场景 |
图17 磁场调制永磁电机基于损耗模型控制系统
Fig.17 Block diagram of the efficiency-optimized control system based on loss model for magnetically modulated permanent magnet motors
| 性能 | 算法 | ||
|---|---|---|---|
| MTPA | LMC | 搜索控制 | |
| 精度受模型影响度 | 高 | 高 | 低 |
| 对参数依赖度 | 低 | 高 | 低 |
| 算法复杂度 | 简单 | 复杂 | 复杂 |
| 优点 | 有效降低铜耗 | 全局效率优化 | 全局效率优化 |
| 缺点 | 部分效率优化 | 参数依赖度高 | 仅适用于稳态 |
表4 电机效率优化控制算法比较
Table 4 Comparison of efficiency-optimized control algorithms for electric motors
| 性能 | 算法 | ||
|---|---|---|---|
| MTPA | LMC | 搜索控制 | |
| 精度受模型影响度 | 高 | 高 | 低 |
| 对参数依赖度 | 低 | 高 | 低 |
| 算法复杂度 | 简单 | 复杂 | 复杂 |
| 优点 | 有效降低铜耗 | 全局效率优化 | 全局效率优化 |
| 缺点 | 部分效率优化 | 参数依赖度高 | 仅适用于稳态 |
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