基于强耦合双支路拓扑的永磁同步电机PWM噪音抑制

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luochengshabi
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永磁同步电机(PMSM)绕组电流中的PWM谐波导致电机产生高频振动与噪音,目前针对PWM高频噪音的抑制,主要从硬件与控制策略两方面着手,包括采用开关频率较高的宽禁带半导体器件、周期性或者随机性地改变载波周期、并联逆变器载波移相技术等,这些措施存在着抑制效果有限或成本较高的问题。本论文提出基于强耦合双支路拓扑的强耦合双支路PMSM及其驱动控制策略,通过改变两条支路中PWM谐波电流的相位差来抑制合成磁动势谐波,并从电机本体、驱动拓扑及电压调制算法等进行全面的研究,有效地抑制PWM高频振动噪音。针对强耦合双支路PMSM的绕组结构,分析线圈的两种放置方式,提出阻抗均衡的绕组设计方法,分析不同拓扑结构电机绕组的耦合系数。在三相坐标系与旋转坐标系下建立强耦合双支路PMSM的状态方程,进而得到电机的基波与谐波等效电路。基于等效电路分析绕组载波不同相条件下电机电流的变化规律。搭建并联逆变器驱动强耦合双支路PMSM的实验平台,研究载波移相后支路电流与合成相电流中PWM谐波的变化规律。针对载波同相的强耦合双支路PMSM驱动系统,提出基于矢量位置交换的非对称规则采样VEA-SVPWM(vector exchange asymmetrical SVPWM)算法,通过交换后半个周期的有效矢量位置,实现输出相电压PWM波形的倍频,利用二维傅里叶变换分析,推导采用VEA-SVPWM输出电压的表达式,从理论上证明了该方法能够显著降低奇数倍载波频率附近边带谐波的幅值。针对VEA-SVPWM导致的2、4次低频谐波,提出注入直轴补偿电压的自适应算法,实现低频电流谐波的抑制。结合周期载波频率调制与VEA-SVPWM的特点,将VEA-SVPWM载波频率按周期函数变化,不但将奇数倍载波频率附近的PWM谐波噪音大幅降低,而且能够抑制偶数倍载波频率附近的噪音。仿真与实验验证所提出方法的有效性。将载波移相技术用于强耦合双支路PMSM,提出强耦合双支路PMSM隔离型交错并联驱动策略,建立驱动系统的谐波等效电路模型,分析支路载波相位差对合成相电流谐波成分的影响,阐明耦合电感的设计准则,实现谐波电流相位差控制,使得谐波磁动势相互抵消,进而消除特定频率的PWM噪音。针对电流采样误差引起支路电流不对称导致耦合电感饱和、影响谐波抑制效果的问题,提出基于转子位置的自适应线性神经元算法,提取直流反馈信号、消除扰动信号,进而提高三相电流的对称性。将混合型交错并联拓扑的结构用于强耦合双支路PMSM,利用逆变器交错并联使谐波不经过绕组和双支路电机两套绕组谐波磁动势能够相互抵消的特点,提出载波相位差控制策略,实现电流之和中1-3倍载波频率附近边带谐波的消除。基于谐波等效电路揭示不同倍次载波频率附近边带谐波的消除机理,仿真验证该方法的有效性。针对单一方法无法抑制多个载波频率倍次的高频PWM噪音的问题,在隔离型交错并联拓扑驱动强耦合双支路PMSM的基础上,提出PWM噪音多策略融合抑制方法。将载波移相与周期频率调制结合,实现奇数倍载波频率附近PWM噪音的有效抑制,同时降低偶数倍载波频率附近噪音,理论分析与实验表明了该组合策略谐波抑制的原理与谐波频带分布特点。针对上述策略仍存在偶数倍载波频率谐波噪音较大的问题,提出VEA-SVPWM与并联逆变器载波移相?/2相结合的控制策略,有效抑制2倍载波频率附近PWM噪音。针对剩余的4倍载波频率附近谐波噪音,在上述方法的基础上,周期性地改变载波频率,实现4倍载波频率附近PWM噪音的抑制。利用实验结果验证多策略融合技术抑制PWM噪音的有效性。
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