由于电力电子功率器件开关损耗的限制，大功率电机驱动变换器载波比通常较低，严重的定子电流与磁链谐波造成转矩脉动以及转矩精度恶化。近年来，随着电机在伺服系统等高端大型装置中的应用，如何提高大功率电机的输出转矩性能成为迫切需要解决的问题。

特定谐波消除等脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）优化方法尽管抑制了部分转矩脉动，但仍受制于载波比约束，转矩脉动抑制效果有限。宽禁带器件应用、多电平技术等通过提升驱动器载波比或等效开关频率等方法抑制谐波，但成本、系统复杂度等问题限制了此类方案的推广应用。

从电励磁同步电机、双馈发电机等多绕组电机应用表明，结合新型电力电子变换技术将显著提升电机性能。电励磁与混合励磁同步电机通过调节转子直流励磁，使电机在高速工况下具有更好的弱磁能力。而双馈发电机通过控制转子绕组交流励磁电流相位调整机组功率角，使其有功和无功功率独立可调，在电网电压跌落等情况下相比单绕组电机具有更好的稳定性。上述结构表明，通过电力电子技术控制多绕组磁链组合是提升电机驱动性能的新途径。

结合双绕组电机多自由度特性，参考有源滤波系统高频电流发生与谐波补偿的原理，浙江大学电气工程学院的研究人员构建了一种包含主功率绕组与辅助功率绕组的主从绕组结构电力电子驱动系统。利用向从绕组中注入高频谐波电流形成高频补偿磁链与低载波比工况下的主绕组侧低频磁链线性组合，重新形成新的圆形组合磁链，从而抑制转矩脉动，具有转矩脉动小、效率高、动态优越等优势。

图1 实验平台

研究人员阐述了电机中主从绕组的磁链组合与转矩补偿原理，并给出主从绕组的设计指标；其次，针对从绕组侧高频谐波电流注入方式、控制策略等问题进行详细分析。

损耗分析表明，在输出转矩指标接近的情况下，本驱动系统相比高载波比三相系统可大幅降低变换器损耗。仿真与实验验证了本驱动系统及控制策略的有效性。研究成果对电机驱动系统的集成化设计及变频系统的谐波抑制研究均有重要参考作用。

本文编自2021年第24期《电工技术学报》，论文标题为“主从绕组电机驱动系统及控制策略研究”，作者为梁梓鹏、胡斯登 等。