永磁同步电动机矢量控制系统指定次谐波分析与抑制研究

摘要

永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）不含励磁线圈，依靠永磁材料励磁，这是PMSM不同于电励磁同步电动机的重要区别点。应用在PMSM中的永磁材料有多种类型，其中以稀土钴、钕铁硼为代表的稀土类材料磁性能优异。经过数代发展，PMSM的运行已相当可靠、高效，且不含励磁线圈的结构较少了损耗，这些突出性的优点促进了PMSM在高精度交流伺服、电动汽车驱动、风力发电以及舰船电力推进等领域的广泛应用。 伴随PMSM大范围应用而来的是定子相电流内部存在高次谐波,这一问题被学者们逐渐关注。在PMSM矢量控制系统中，由于PMSM内部多种因素会导致气隙磁场畸变，以及逆变电路内部加入了死区时间，功率开关管、二极管等导通时存在管压降等非理想条件的共同作用，使得PMSM定子相电流内部出现一系列的高次谐波，其中以5次、7次谐波含量最高。这些与基波相电流混合在一起的谐波分量不但会使PMSM产生更大的附加损耗、使PMSM内部发热严重并降低工作效率，而且还会破坏PMSM的输出转矩平滑度，这些危害都将严重制约PMSM在高精尖场合的使用。 因此，本文的研究内容围绕PMSM矢量控制系统定子相电流的高次谐波展开。论文首先介绍了PMSM的内部结构、阐述了PMSM的工作原理、推导了PMSM的数学模型以及坐标变换矩阵，并借助Simulink的快速傅里叶分析单元分析了基于矢量控制（Vector Control，简称VC）的PMSM系统的相电流，结果显示5次、7次谐波含量明显比其他的高次谐波高得多；然后介绍了PMSM矢量控制系统中的空间矢量脉冲宽度调制（Space Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM）及其在Simulink下的具体实现；接着量化分析了不同原因导致的相电流谐波，提出了采用坐标变换和电流平均值法相结合的方式提取PMSM矢量控制系统的5次、7次谐波，通过PI控制器和坐标变换得到谐波控制信号，并将控制信号注入到电流环实现补偿；最后在Simulink仿真环境下，将算法封装为子模块并引入到PMSM矢量控制系统中补偿5次和7次谐波，对比分析了补偿前后PMSM相电流谐波含量和输出转矩发生的变化。

目录

第一个书签之前