CN113381670B - 一种多三相永磁同步电机高频pwm振动抑制方法及*** - Google Patents

一种多三相永磁同步电机高频pwm振动抑制方法及*** Download PDF

Info

Publication number
CN113381670B
CN113381670B CN202110631717.6A CN202110631717A CN113381670B CN 113381670 B CN113381670 B CN 113381670B CN 202110631717 A CN202110631717 A CN 202110631717A CN 113381670 B CN113381670 B CN 113381670B
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
phase
electromagnetic force
motor
order
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110631717.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113381670A (zh
Inventor
刘自程
闫涉
王启元
蒋栋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202110631717.6A priority Critical patent/CN113381670B/zh
Publication of CN113381670A publication Critical patent/CN113381670A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113381670B publication Critical patent/CN113381670B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/085—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation wherein the PWM mode is adapted on the running conditions of the motor, e.g. the switching frequency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多三相永磁同步电机高频PWM振动抑制方法及***；其中，方法包括：S1、从电机内由PWM调制产生的高频电磁力的频率中筛选出与电机0阶固有频率相差最小的频率，记为参考频率；S2、从电机各阶固有频率中筛选出与参考频率相差最大的固有频率，并得到相差最大的固有频率所对应的阶次s；S3、调整各逆变器的载波相位，改变各套三相绕组中由PWM调制产生的电流谐波相位，将电机气隙内的0阶高频电磁力转变为s阶高频电磁力，以对多三相永磁同步电机的振动进行抑制。本发明仅从PWM调制算法的角度入手抑制振动，不增加硬件成本，对于不同的开关频率，均可设置合适的载波相位调整角来合理改变高频电磁力的空间阶次，实现电机高频振动的有效抑制。

Description

一种多三相永磁同步电机高频PWM振动抑制方法及***
技术领域
本发明属于电机振动抑制领域，更具体地，涉及一种多三相永磁同步电机高频PWM振动抑制方法及***。
背景技术
永磁同步电机具有功率密度高，效率高等优点，在新能源汽车、航空航天等场合应用广泛。
定子具有多套三相绕组的多三相永磁同步电机，具有转矩脉动低，控制自由度高等优点，且可实现缺相容错运行，可靠性高。被运用于舰船推进等对电机可靠性要求较高的场所。
对于采用PWM调制的逆变器供电的电机，逆变器中的开关器件工作时，将在电机绕组中引入开关倍频的高频谐波电流，产生高频气隙磁密，产生高频电磁力，导致高频电磁振动与噪声。高频电磁振动会严重影响设备的性能，如会降低舰船的隐身性能。
针对PWM调制产生的高频电磁振动，目前主要的振动抑制方法有两种：
1)采用变开关频率调制技术。传统的PWM调制，开关频率为固定值，高频谐波电流集中在开关倍频附近；变开关频率调制，开关频率在某个设定的频带内随机变化，高频谐波电流频谱均匀分布在频带内，因而原来的开关倍频附近的谐波电流峰值降低，相应频率的振动得到抑制。然而，采用变开关频率调制，谐波频谱分散为连续频谱，增大与电机共振频率重合的机会，增加电机共振的风险。
2)将载波移相技术运用于共槽结构的双三相永磁同步电机。电机的同一个槽中含有两套三相绕组的线圈，两套三相绕组由两台逆变器独立供电，合理设置两台逆变器的载波移相角，使得两套三相绕组的高频电流谐波相位相反，产生的高频磁动势相互抵消，从而抑制相应的振动。然而这种方法依赖绕组的共槽设计，并不能推广到其他绕组结构的多三相电机之中。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种多三相永磁同步电机高频PWM振动抑制方法及***，用以解决现有技术无法在不依赖于绕组共槽设计的场景下抑制多三相永磁同步电机高频PWM振动的技术问题。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种多三相永磁同步电机高频PWM振动抑制方法，其中，多三相永磁同步电机包括：N套三相绕组；各套三相绕组沿着定子圆周依次排布；各套三相绕组分别由对应的逆变器独立控制；N为偶数；
上述振动抑制方法包括以下步骤：
S1、从电机内由PWM调制产生的高频电磁力的频率中筛选出与电机0阶固有频率相差最小的频率，记为参考频率；
S2、从电机各阶固有频率中筛选出与参考频率相差最大的固有频率，并得到相差最大的固有频率所对应的阶次s；
S3、通过调整各逆变器的载波相位，改变各套三相绕组中由PWM调制产生的电流谐波相位，以将电机气隙内的0阶高频电磁力转变为s阶高频电磁力，从而对多三相永磁同步电机的振动进行抑制。
进一步优选地，步骤S3包括：
S31、构建载波相位调整角集合；其中，载波相位调整角集合包括预设的多组载波相位调整角；每一组相位调整角包括N套三相绕组所对应的逆变器的载波相位调整角；
S32、将高频电磁力关于电磁力的空间角度进行傅里叶变换后，带入载波相位调整角集合中的每一组相位调整角和参考频率所对应的开关倍频数，得到各组相位调整角所对应的参考频率下的高频电磁力空间阶次分布，将s阶电磁力占比最大的一组相位调整角作为最优的一组相位调整角，进而得到N套三相绕组所对应的逆变器的载波相位调整角的最优值；
S33、将各套三相绕组所对应的逆变器按照其对应的载波相位调整角的最优值进行载波相位调整，从而将0阶高频电磁力转变为s阶高频电磁力。
进一步优选地，每一组相位调整角记为[0,p2,p3,…,pN]，其中，pi为第i套三相绕组相对于第一套三相绕组所对应的逆变器的载波相位调整角，i＝1,2,…,N。
进一步优选地，各套三相绕组关于定子圆心旋转对称，相邻的两套三相绕组仅在二者之间的定子齿处存在耦合。
进一步优选地，上述振动抑制方法还包括在步骤S1之前执行的步骤S0，步骤S0包括：
对电机内进行PWM调制时电机高频电流谐波产生的气隙磁密与永磁体产生的气隙磁密的相互作用所产生的高频电磁力进行分析，得到高频电磁力的频率；以及对电机进行实验模态测试，得到电机各阶固有频率。
进一步优选地，高频电磁力的频率为：
f＝mfs±gfb
其中，fs为电机的开关频率，fb为基波频率，m为开关倍频数，g为基波倍频数，m、g均为正整数。
进一步优选地，本发明所提供的多三相永磁同步电机高频PWM振动抑制方法应用于多三相永磁同步电机领域。
第二方面，本发明提供了一种多三相永磁同步电机高频PWM振动抑制***，包括：
参考频率获取模块，用于从电机内由PWM调制产生的高频电磁力的频率中筛选出与电机0阶固有频率相差最小的频率，记为参考频率；
空间阶次获取模块，用于从电机各阶固有频率中筛选出与参考频率相差最大的固有频率，并得到相差最大的固有频率所对应的阶次s；
阶次转变控制模块，用于通过调整各逆变器的载波相位，改变各套三相绕组中由PWM调制产生的电流谐波相位，以将电机气隙内的0阶高频电磁力转变为s阶高频电磁力，从而对多三相永磁同步电机的振动进行抑制；
其中，多三相永磁同步电机包括：N套三相绕组；各套三相绕组沿着定子圆周依次排布；各套三相绕组分别由对应的逆变器独立控制；N为偶数。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
本发明提供了一种多三相永磁同步电机高频PWM振动抑制方法，利用了多三相电机三相绕组的独立性，通过对载波相位进行调整，改变了高频径向电磁力的空间阶次，使得相应阶次的固有频率远离高频径向电磁力的频率，实现振动的抑制。本发明不依赖于共槽绕组等电机的特殊结构设计，仅从PWM调制算法的角度入手抑制振动，不增加硬件成本；对于不同的开关频率，均可通过设置合适的载波相位调整角，合理的改变高频电磁力的空间阶次，实现电机高频振动的有效抑制。
附图说明
图1为本发明实施例1所提供的多三相永磁同步电机高频PWM振动抑制方法流程图；
图2为本发明实施例1所提供的4*3相永磁同步电机的结构示意图；
图3为本发明实施例1所提供的所提供的4*3相永磁同步电机的供电结构图；
图4为本发明实施例1所提供的电磁力空间阶次变化示意图；
图5为本发明实施例1所提供的4*3相永磁同步电机的机械传递函数曲线示意图；
图6为本发明实施例1所提供的载波相位调整示意图；
图7为本发明实施例1所提供的电机载波相位调整前后的振动加速度频谱；其中，(a)为电机载波相位调整前的振动加速度频谱；(b)为电机载波相位调整后的振动加速度频谱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1、
一种多三相永磁同步电机高频PWM振动抑制方法；
其中，多三相永磁同步电机包括：N套三相绕组；各套三相绕组沿着定子圆周依次排布；各套三相绕组分别由对应的逆变器独立控制；N为偶数；具体地，各套三相绕组关于定子圆心旋转对称，相邻的两套三相绕组仅在二者之间的定子齿处存在耦合；各套三相绕组均与对应的逆变器相连，各逆变器在控制上相互独立，均采用PWM调制算法进行控制；
本发明考虑作用于定子的高频径向电磁力产生的振动，通过载波相位调整技术，改变高频径向电磁力的空间阶次，使得相应阶次的固有频率远离高频径向电磁力的频率，从而实现振动的抑制；具体地，如图1所示，上述振动抑制方法包括以下步骤：
S1、从电机内由PWM调制产生的高频电磁力的频率中筛选出与电机0阶固有频率相差最小的频率，记为参考频率；
S2、从电机各阶固有频率中筛选出与参考频率相差最大的固有频率，并得到相差最大的固有频率所对应的阶次s；
S3、通过调整各逆变器的载波相位，改变各套三相绕组中由PWM调制产生的电流谐波相位，以将电机气隙内的0阶高频电磁力转变为s阶高频电磁力，从而对多三相永磁同步电机的振动进行抑制。
具体地，步骤S3包括：
S31、构建载波相位调整角集合；其中，载波相位调整角集合包括预设的多组载波相位调整角；每一组相位调整角包括N套三相绕组所对应的逆变器的载波相位调整角；
具体地，每一组相位调整角记为[0,p2,p3,…,pN]，对应的高频电磁力相位组合为[0,m*p2,m*p3,…,m*pN]，其中，pi为第i套三相绕组相对于第一套三相绕组所对应的逆变器的载波相位调整角，i＝1,2,…,N，m*为参考频率所对应的开关倍频数。
S32、将高频电磁力关于电磁力的空间角度进行傅里叶变换后，带入载波相位调整角集合中的每一组相位调整角和参考频率所对应的开关倍频数，得到各组相位调整角所对应的参考频率下的高频电磁力空间阶次分布，将s阶电磁力占比最大的一组相位调整角作为最优的一组相位调整角，进而得到N套三相绕组所对应的逆变器的载波相位调整角的最优值；
具体地，将载波相位调整角集合中的每一组相位调整角和参考频率所对应的开关倍频数带入高频电磁力的表达式后，对高频电磁力表达式进行空间FFT分析，得到各组相位调整角所对应的参考频率下的电磁力空间阶次分布，将s阶高频电磁力占比最大的一组相位调整角作为最优的一组相位调整角，进而得到N套三相绕组所对应的逆变器的载波相位调整角的最优值。
S33、将各套三相绕组所对应的逆变器按照其对应的载波相位调整角的最优值进行载波相位调整，从而将0阶高频电磁力转变为s阶高频电磁力。
进一步地，上述振动抑制方法还包括在步骤S1之前执行的步骤S0，步骤S0包括：
对电机内进行PWM调制时电机高频电流谐波产生的气隙磁密与永磁体产生的气隙磁密的相互作用所产生的高频电磁力进行分析，得到高频电磁力的频率。
具体地，高频电磁力的频率为：
f＝mfs±gfb
其中，fs为电机的开关频率，fb为基波频率，m为开关倍频数，g为基波倍频数，m、g均为正整数。
为了进一步说明本发明所提供的振动抑制方法，下面以一台4*3相永磁同步电机为例进行详述：
如图2所示为本实施例中4*3相永磁同步电机的结构示意图；其中，电机具有4套三相绕组，4套三相绕组之间互感很小，可看作是解耦的，即4套三相绕组在结构上是独立的。本实施例中，电机的主要参数和实验条件如表1所示：
表1
定子槽数 48
极数 8
实验运行功率 1kW
实验运行转速 1200rpm
母线电压 300V
实验开关频率 10kHz
进一步地，如图3所示为本实施例所提供的4*3相永磁同步电机的供电结构图；其中，电机的4套三相绕组由4组逆变器分别独立供电，4组逆变器在控制上是相互独立的。因此可以设置4组逆变器的PWM载波相差一定的相位角，以实现对载波相位的调整；
由于4套三相绕组在结构和控制都是独立的，可将4套三相绕组看作4个模块，单独分析每个模块产生的电磁力。
当改变4套三相绕组所对应的逆变器的载波相位角时，4套三相绕组产生的电磁力幅值和频率几乎不发生变化，而4套三相绕组产生的电磁力相位将随载波的相位变化而变化，进而整体径向电磁力空间阶次发生变化；具体地，如图4所示为电磁力空间阶次变化示意图。
具体地，本实施例中，4*3相永磁同步电机高频PWM振动抑制方法包括以下步骤：
S0、考虑电机的极对数、槽数、运行工况及开关频率等因素，得到高频电磁力的空间阶次与频率分布；并获取电机各阶固有频率；
根据逆变器的开关频率及电机运行工况，得到电机的高频PWM电流谐波信号，其表达式为：
I＝Img cos((mωc±gωb)t)
其中，Imn为高频PWM电流幅值，m为开关倍频数，g为基波倍频数，m、g均为正整数，ωc为开关角频率，ωb为基波角频率。
考虑电机的气隙磁导率，根据电流谐波表达式，得到电机电流谐波产生的气隙磁密，其表达式为：
Figure BDA0003103844290000081
h＝(6k±1)p,k＝0,±1,±2,±3…
其中，Bh,m为气隙磁密幅值；m'为谐波磁导数；Z1为定子槽数；ωi＝mωc±gωb；p为电机极对数。
根据电机极数及永磁体参数得到永磁体产生的气隙磁密，其表达式为：
B2(θ,t)＝Bpmcos(pθ-ωbt)
其中，Bpm为永磁体气隙磁密幅值，p为电机极对数，ωb为基波角频率。
由于电机电流谐波产生的气隙磁密值很小，故只考虑电机电流谐波产生的气隙磁密与永磁体产生的气隙磁密相互作用而产生的高频电磁力，对电机电流谐波产生的气隙磁密B1与永磁体产生的气隙磁密B2的相互作用所产生的高频电磁力，采用麦克斯韦应力张量法得到该高频电磁力的表达式：
Figure BDA0003103844290000091
其中，μ0为真空磁导率，Fh为高频电磁力幅值。
由高频电磁力的表达式可得到得到电磁力的空间阶次和频率。
对于本实施例所采用的4*3相永磁同步电机，简单分析可知，电磁力空间阶次包括0阶、2阶、3阶、4阶，主要为0阶；电磁力频率为：
f＝mfs±gfb
其中，fs为电机的开关频率；
Figure BDA0003103844290000092
为基波频率，p为电机的极对数，n为电机的转速(单位rpm)；m为开关倍频数，g为基波倍频数，m、g均为正整数。
考虑本实施例中电机的运行工况，fb远小于fs，可认为高频电磁力频率近似分布在开关倍频附近。
在获取电机各阶固有频率时，优选地，对电机进行实验模态测试，得到电机各阶固有频率；
以上述4*3相永磁同步电机为例，对电机进行模态测试后，得到各个空间阶次的固有频率如下：
2阶：1967Hz，3阶：2956Hz，4阶：4521Hz，0阶：21502Hz。
由各阶次的固有频率可绘制出本实施例中4*3相永磁同步电机的机械传递函数，如图5所示。需要说明的是，图中的机械传递函数的具体表达式并非通过详细的振动实验测试得到，只是结合基本的振动理论及测得的各阶次固有频率绘制的大致曲线，只为更好的解释本发明方法的原理。
S1、从电机内由PWM调制产生的高频电磁力的频率中筛选出与电机0阶固有频率相差最小的频率，记为参考频率；
本实施例中，开关频率为10kHz，高频PWM电磁力的频率在10kHz、20kHz、30kHz……附近，由于电磁力的主要阶次为0阶(对应的固有频率为21502Hz)，结合图5所示的机械传递函数可知，电机的电磁力频率中离0阶空间阶次的固有频率最近的频率为20kHz，记为参考频率；此时对振动影响较大的电磁力频率处于2倍开关频率附近。
S2、从电机各阶固有频率中筛选出与参考频率相差最大的固有频率，并得到相差最大的固有频率所对应的阶次s；
具体地，需要找到一个合适的阶次s，电机s阶固有频率应远离参考频率，以使得载波相位调整后，对振动影响最大的电磁力产生的振动得到有效抑制。同时也应避开其他倍数开关频率，避免载波相位调整后，其他倍数开关频率产生的振动发生恶化。具体地，结合图5所示的电机的机械传递函数可知，2阶高频电磁力所对应的模态的固有频率为1967Hz，其距离参考频率20kHz最远，且其避开了其他倍数开关频率(10kHz、30kHz、40kHz……)。故选择将2倍开关频率电磁力从0阶转变为2阶来抑制主要的振动。
S3、通过调整各逆变器的载波相位，改变各套三相绕组中由PWM调制产生的电流谐波相位，以将电机气隙内的0阶高频电磁力转变为s阶高频电磁力，从而对多三相永磁同步电机的振动进行抑制。
本步骤中，需要计算得到合适的载波相位调整角，使得载波相位调整后对振动影响最大的高频电磁力的空间阶次变为s阶，以抑制主要的振动。具体地，对于本实施例的4*3相永磁同步电机，应选择合适的载波相位调整角，将2倍开关频率电磁力的主要阶次变为2阶。
由于该电机的高频电磁力空间阶次主要为0阶，任一时刻电磁力表达式可简化表示为：
F＝cos(vθ)＝cos(0θ)＝1,θ∈[0,360)
其中，v为电磁力的空间阶次，本实施例中取值为0；θ为电磁力的空间角度度。
这里主要分析电磁力的空间特征，不关注电磁力的时域特征、幅值和相位。故忽略时间变量t，设相位为0，幅值为1。
具体地，如图6所示为载波相位调整示意图，当四套三相永磁同步电机所对应的逆变器的载波相位发生变化时，电磁力的相位也将发生变化。本实施例中，当第二、第三、第四套三相永磁同步电机所对应的逆变器(即第二、三、四组逆变器)相对于第一套三相永磁同步电机所对应的逆变器(即第一组逆变器)的载波相位角分别为X、Y、Z时，记此时的载波相位调整角组合为0-X-Y-Z。
结合本实施例中的4*3相永磁同步电机的定子绕组结构可知，对于m倍开关频率及其边带频率的高频电磁力，载波相位调整角组合为0-X-Y-Z(0到180度)时，高频电磁力空间表达式为：
Figure BDA0003103844290000111
记此时的高频电磁力相位组合为0-mX-mY-mZ，带入具体的载波相位调整角组合0-X-Y-Z与m值，并将电机的高频电磁力F关于电磁力的空间角度θ进行傅里叶分析，得到载波相位调整角组合为0-X-Y-Z时m倍开关频率的电磁力空间阶次分布。
对于实施例中的4*3相永磁同步电机，需要使载波相位调整后2倍开关频率(即参考频率)下的电磁力的主要阶次变为2阶。通过上述方法计算可知，当电磁力相位组合0-mX-mY-mZ为0-180-0-180时，m倍开关频率下的电磁力中2阶电磁力含量达到最大。由于载波相位调整前，2倍开关频率下的高频电磁力所造成的振动最大，即此时m取值为2，故选择载波相位调整角组合0-X-Y-Z为0-90-0-90可使主要的振动得到抑制。
分别在无载波相位调整和载波相位调整角组合为0-90-0-90的情况下进行电机振动实验测试，利用振动传感器测量电机机壳表面的振动加速度，处理实验数据得到电机振动加速度的频谱如图7所示；其中，(a)为电机载波相位调整前的振动加速度频谱；(b)为电机载波相位调整后的振动加速度频谱。从图中可以看出，与无载波相位调整时相比，载波相位调整角组合为0-90-0-90时，振动加速度的幅值下降了50％左右。由此可知，本发明方法可有效抑制多三相永磁同步电机的振动。
实施例2、
一种多三相永磁同步电机高频PWM振动抑制***，包括：
参考频率获取模块，用于从电机内由PWM调制产生的高频电磁力的频率中筛选出与电机0阶固有频率相差最小的频率，记为参考频率；
空间阶次获取模块，用于从电机各阶固有频率中筛选出与参考频率相差最大的固有频率，并得到相差最大的固有频率所对应的阶次s；
阶次转变控制模块，用于通过调整各逆变器的载波相位，改变各套三相绕组中由PWM调制产生的电流谐波相位，以将电机气隙内的0阶高频电磁力转变为s阶高频电磁力，从而对多三相永磁同步电机的振动进行抑制；
其中，多三相永磁同步电机包括：N套三相绕组；各套三相绕组沿着定子圆周依次排布；各套三相绕组分别由对应的逆变器独立控制；N为偶数。
相关技术特征同实施例1，这里不做赘述。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多三相永磁同步电机高频PWM振动抑制方法，其特征在于，所述多三相永磁同步电机包括：N套三相绕组；各套三相绕组沿着定子圆周依次排布；各套三相绕组分别由对应的逆变器独立控制；N为偶数；
所述振动抑制方法包括以下步骤：
S1、从电机内由PWM调制产生的高频电磁力的频率中筛选出与电机0阶固有频率相差最小的频率，记为参考频率；
S2、从电机各阶固有频率中筛选出与所述参考频率相差最大的固有频率，并得到相差最大的固有频率所对应的阶次s；
S3、通过调整各逆变器的载波相位，改变各套三相绕组中由PWM调制产生的电流谐波相位，以将所述电机气隙内的0阶高频电磁力转变为s阶高频电磁力，从而对多三相永磁同步电机的振动进行抑制；
所述步骤S3包括：
S31、构建载波相位调整角集合；其中，载波相位调整角集合包括预设的多组载波相位调整角；每一组相位调整角包括N套三相绕组所对应的逆变器的载波相位调整角；
S32、将高频电磁力关于电磁力的空间角度进行傅里叶变换后，带入载波相位调整角集合中的每一组相位调整角和参考频率所对应的开关倍频数，得到各组相位调整角所对应的参考频率下的高频电磁力空间阶次分布，将s阶电磁力占比最大的一组相位调整角作为最优的一组相位调整角，进而得到N套三相绕组所对应的逆变器的载波相位调整角的最优值；
S33、将各套三相绕组所对应的逆变器按照其对应的载波相位调整角的最优值进行载波相位调整，从而将0阶高频电磁力转变为s阶高频电磁力。
2.根据权利要求1所述的振动抑制方法，其特征在于，所述每一组相位调整角记为[0,p2,p3,…,pN]，其中，pi为第i套三相绕组相对于第一套三相绕组所对应的逆变器的载波相位调整角，i＝1,2,…,N。
3.根据权利要求1所述的振动抑制方法，其特征在于，各套三相绕组关于定子圆心旋转对称，相邻的两套三相绕组仅在二者之间的定子齿处存在耦合。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的振动抑制方法，其特征在于，还包括在所述步骤S1之前执行的步骤S0；所述步骤S0包括：
对电机内进行PWM调制时电机高频电流谐波产生的气隙磁密与永磁体产生的气隙磁密的相互作用所产生的高频电磁力进行分析，得到高频电磁力的频率；以及对电机进行实验模态测试，得到电机各阶固有频率。
5.根据权利要求4所述的振动抑制方法，其特征在于，所述高频电磁力的频率为：
f＝mfs±gfb
其中，fs为电机的开关频率，fb为基波频率，m为开关倍频数，g为基波倍频数，m、g均为正整数。
6.根据权利要求1所述的振动抑制方法，其特征在于，应用于多三相永磁同步电机领域。
7.一种多三相永磁同步电机高频PWM振动抑制***，其特征在于，包括：
参考频率获取模块，用于从电机内由PWM调制产生的高频电磁力的频率中筛选出与电机0阶固有频率相差最小的频率，记为参考频率；
空间阶次获取模块，用于从所述电机各阶固有频率中筛选出与所述参考频率相差最大的固有频率，并得到相差最大的固有频率所对应的阶次s；
阶次转变控制模块，用于通过调整各逆变器的载波相位，改变各套三相绕组中由PWM调制产生的电流谐波相位，以将所述电机气隙内的0阶高频电磁力转变为s阶高频电磁力，从而对多三相永磁同步电机的振动进行抑制；具体执行以下步骤：
S31、构建载波相位调整角集合；其中，载波相位调整角集合包括预设的多组载波相位调整角；每一组相位调整角包括N套三相绕组所对应的逆变器的载波相位调整角；
S32、将高频电磁力关于电磁力的空间角度进行傅里叶变换后，带入载波相位调整角集合中的每一组相位调整角和参考频率所对应的开关倍频数，得到各组相位调整角所对应的参考频率下的高频电磁力空间阶次分布，将s阶电磁力占比最大的一组相位调整角作为最优的一组相位调整角，进而得到N套三相绕组所对应的逆变器的载波相位调整角的最优值；
S33、将各套三相绕组所对应的逆变器按照其对应的载波相位调整角的最优值进行载波相位调整，从而将0阶高频电磁力转变为s阶高频电磁力；
其中，所述多三相永磁同步电机包括：N套三相绕组；各套三相绕组沿着定子圆周依次排布；各套三相绕组分别由对应的逆变器独立控制；N为偶数。
CN202110631717.6A 2021-06-07 2021-06-07 一种多三相永磁同步电机高频pwm振动抑制方法及*** Active CN113381670B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110631717.6A CN113381670B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 一种多三相永磁同步电机高频pwm振动抑制方法及***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110631717.6A CN113381670B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 一种多三相永磁同步电机高频pwm振动抑制方法及***

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113381670A CN113381670A (zh) 2021-09-10
CN113381670B true CN113381670B (zh) 2022-09-16

Family

ID=77576010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110631717.6A Active CN113381670B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 一种多三相永磁同步电机高频pwm振动抑制方法及***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113381670B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114157198B (zh) * 2021-11-02 2023-09-22 河海大学 Pwm逆变器供电下永磁同步电机定子电磁激振力的计算方法
CN117639597B (zh) * 2023-12-05 2024-05-28 湖南大学 多三相永磁电机分布式控制器间载波自同步方法及装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE545983T1 (de) * 2007-12-17 2012-03-15 Gen Electric Vorrichtung zur steuerung der drehmomentoberschwingungen in pwm-wandlern und dazugehörige verfahren
EP2363851B1 (en) * 2010-03-02 2013-07-17 Siemens Aktiengesellschaft Vibration and noise control strategy in electrical machines
CN103269197B (zh) * 2013-04-28 2016-08-17 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 一种抑制低压大功率多相变频电机高频振动***及方法
JP5997803B2 (ja) * 2015-05-22 2016-09-28 株式会社日立製作所 無線送信機、無線受信機、無線通信システム、昇降機制御システムおよび変電設備制御システム
CN112468051B (zh) * 2020-11-13 2022-06-03 中国人民解放军海军工程大学 一种多相永磁电机高频振动快速分析方法及其抑制策略

Also Published As

Publication number Publication date
CN113381670A (zh) 2021-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Design optimization and comparative study of novel dual-PM excited machines
Zhang et al. Vibration reduction for dual-branch three-phase permanent magnet synchronous motor with carrier phase-shift technique
US10833557B2 (en) Dual purpose no voltage winding design for bearingless AC homopolar and consequent pole motors and an AC homopolar flywheel energy storage system
Deng et al. Comparative study of sideband electromagnetic force in internal and external rotor PMSMs with SVPWM technique
Wang et al. A novel hybrid-excited dual-PM machine with bidirectional flux modulation
CN113381670B (zh) 一种多三相永磁同步电机高频pwm振动抑制方法及***
EP2672624B1 (en) Current controller and generator system
Qiao et al. Research on design method and electromagnetic vibration of six-phase fractional-slot concentrated-winding PM motor suitable for ship propulsion
US7876063B2 (en) Axial gap type motor/generator
CN103269197A (zh) 一种抑制低压大功率多相变频电机高频振动***及方法
WO2021253694A1 (zh) 永磁电机的控制方法、装置、动力***及电动汽车
Zhang et al. Analysis and calculation of radial electromagnetic force of circular winding brushless DC motor
CN107994816B (zh) 一种电机***及其优化控制方法
Chen et al. Influence of field weakening control on electromagnetic force and electromagnetic vibration of SPMSMs
Wang et al. Design and optimization of a permanent magnet synchronous machine for low vibration and noise applications
Gu et al. Magnetic field enhancement characteristic of an axially parallel hybrid excitation DC generator
CN109842343B (zh) 基于十二相电机的飞轮储能***容错运行控制方法及装置
Miyama et al. Technical arrangement of high-performance techniques achieved by multi-phase permanent magnet synchronous motor systems
Ge et al. A New Flux-Concentrating Rotor of Double Stator and Single Rotor Axial Flux Permanent Magnet Motor for Electric Vehicle Traction Application
Lyu et al. A Novel Harmonic Current Control Method for Torque Ripple Reduction of SPMSM Considering DC-Link Voltage Limit
Zhao et al. Comparative Research on Four-Phase Dual Armature-Winding Wound-Field Doubly Salient Generator With Distributed Field Magnetomotive Forces for High-Reliability Application
Keller et al. Comparison of two different winding sets for dual three-phase permanent magnet machines
Noguchi et al. A novel combined winding and test result of a 20-pole/24-slot consequent-pole bearingless motor with parallel motor winding
CN103595263A (zh) 压缩机***、方法和三相自起动永磁同步电机的供电装置
Zhang et al. Research on the combinations of pole and slot for twelve-phase fractional-slot concentrated-winding permanent magnet motor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant