【摘 要】
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现代永磁同步电机控制为了获得较高的控制精度一般会采用空间电压矢量调制策略(Space Vector PWM,SVPWM),但这会在开关频率及其整数倍附近的窄带内聚集幅值较高的谐波簇。这些谐波能量一方面沿着导线传导到逆变电路中干扰MOS管的正常开关,流入电机中影响电机的正常运行,另一方面较高的谐波峰值会通过电机相线与逆变电路形成的闭合回路向外部空间辐射电磁干扰。本文首先阐述了传统SVPWM调制中的电
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现代永磁同步电机控制为了获得较高的控制精度一般会采用空间电压矢量调制策略(Space Vector PWM,SVPWM),但这会在开关频率及其整数倍附近的窄带内聚集幅值较高的谐波簇。这些谐波能量一方面沿着导线传导到逆变电路中干扰MOS管的正常开关,流入电机中影响电机的正常运行,另一方面较高的谐波峰值会通过电机相线与逆变电路形成的闭合回路向外部空间辐射电磁干扰。本文首先阐述了传统SVPWM调制中的电磁干扰产生机理,并指出其来源于开关器件固定频率高速通断所导致的窄带谐波簇。然后从电机调制策略角度出发,推导了传统SVPWM调制中逆变器输出谐波分布特性,以此引入随机扩频调制策略—随机开关频率调制和随机零矢量调制,其通过频谱搬迁的方式抑制谐波峰值,展开频谱。然后,本文基于随机调制具有随机信号的特点,从傅里叶变换和功率谱的角度研究了上述两种随机扩频调制策略。结果表明,开关频率和零矢量这两个自由度的随机化可相互独立,故其EMI抑制能力可相互叠加,因此文本在此基础上,提出了一种双随机扩频调制策略。该调制策略中,针对零矢量在高调制比下的抑制能力疲乏进行了优化,并通过四状态Markov链使得随机数的局部分布更加均匀使得其谐波峰值抑制和频谱展开更加有效。本文分别在Matlab Simulink仿真平台上搭建了包括随机扩频策略的永磁同步电机驱动系统仿真模型,并基于STM32F103控制芯片,对随机扩频永磁同步电机驱动系统的软硬件进行详细设计,搭建了实测平台。然后分别在仿真和实测平台上对比测试了不同调制策略在不同调制比下的相电流幅度谱和功率谱。仿真和实测结果都验证了基于四状态Markov链的双随机扩频调制策略在谐波抑制和频谱展开上的有效性,其相对于传统SVPWM调制策略,相电流功率谱谐波峰值至少下降了5.735d B,谐波扩展因子下降至少60%,达到了预期设计指标。本论文的研究成果对从控制策略角度抑制电驱系统EMI有一定意义。
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