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多相电机具有低谐波、高可靠性及优良调速性能,受到越来越多的研究和应用。现代逆变器技术的发展使电机摆脱三相电网限制,为多相电机的应用提供更广阔空间。在大功率高可靠性场合,多相电机具有更明显的优势,在船舶推进、轨道牵引以及航空航天等领域得到广泛应用。本文以永磁同步电机为对象,对多相电机绕组磁动势分析、多相电机数学模型、多相电机定子电流波形控制以及多相电机高频振动噪声等方面进行理论分析和研究。 多相电机之所以具备优良特性,主要原因之一在于其磁动势特征。以绕组函数为研究工具,本文分别对各种类型多相电机磁动势进行分析研究,在考虑电流谐波及高次空间磁动势谐波情况下,获得多相电机磁动势统一公式。 多相电机数学模型是所有多相电机研究基础,此前关于多相电机数学模型比较分散,不能涵盖所有类型多相电机。在分析多相电机磁动势技术上,根据绕组函数计算电感方式,推导多相电机统一数学模型。并针对不同多相电机,给出各自的解耦矩阵。当多相电机相数增加时,多相电机数学模型及其解耦矩阵维数急剧增加,给分析研究带来困难。针对相数为m=a*k电机,提出一种简化模型方法,在基本不降低性能情况下,大大降低电机模型计算量和复杂度。 电流控制是所有电气传动系统的核心问题之一,对多相电机而言也不例外。多相电机的特殊性,导致定子电流中容易出现大的电流谐波。针对多相电机中电流谐波波形控制问题,本文提出一种多同步坐标变换方法。通过矢量解耦和多同步坐标变换,电机定子绕组中电流谐波被转换为直流分量,简单的PI控制即可实现定子电流波形控制。这种方法能够实现电流多频率控制,无论是在消除电流谐波场合还是在精确注入谐波提高电磁转矩应用方面都能取得完美表现。但是当电机相数增加时,多同步坐标变换将大大增加计算量和控制复杂度,尤其是高相数的m=a*k电机。本文对这种电机提供一种谐振和PI结合的混合控制器,无需复杂的坐标变换,根据需要控制频率,适当增加谐振调节器,即可实现多频率电流控制。结合上节提出的简化模型,实现对m=a*k电机的控制。 电机驱动领域,振动噪声问题一直是关键指标之一。尤其变频供电电机,由于逆变器引入高次谐波分量,进一步加剧电机振动噪声。本文从理论上分析逆变器供电高频电磁振动噪声来源及特点,并对各种PWM调制方式下电机高频振动噪声进行对比分析。针对变频器供电多相电机,提出基于载波移相的PWM技术,无需增加任何硬件成本和软件控制难度基础上,实现对高频振动噪声控制。