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谐波电流注入下永磁直线同步电机振动分析

微特电机 2023年第8期51卷 16-21页

作者：刘睿松董婷沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870

电机法向电磁力波动及铁心材料的磁致伸缩效应是产生电机振动的主要原因。采用谐波电流注入法可以有效抑制电机振动。法向电磁力波动及磁致伸缩效应与电机结构和磁场分布密切相关,存在结构和磁方面耦合关系,对采用谐波电流注入法抑制效... 详细信息

电机法向电磁力波动及铁心材料的磁致伸缩效应是产生电机振动的主要原因。采用谐波电流注入法可以有效抑制电机振动。法向电磁力波动及磁致伸缩效应与电机结构和磁场分布密切相关,存在结构和磁方面耦合关系,对采用谐波电流注入法抑制效果产生影响,相关机理尚不清晰。分析永磁直线电机电机法向电磁力波的主要频率,通过谐波电流注入法削弱电机的4倍频法向电磁力,进而抑制电机的4倍电频率振动。分析磁致伸缩效应对铁心振动的影响,探究磁致伸缩效应对电机振动的改变是否影响了谐波电流的选取。

关键词：永磁直线同步电机法向电磁力谐波电流注入振动抑制磁致伸缩效应

单级三相谐波电流注入可升降压AC/DC变换器

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单级三相谐波电流注入可升降压AC/DC变换器

作者：潘毅燕山大学

学位级别：硕士

随着新能源开发利用的持续深入,大规模发展电动汽车在减少碳排放和应对气候变化中发挥着关键作用,广泛分布的充电设施对于进一步普及电动汽车至关重要。针对电动汽车电池组充电电压变化范围大的现象,充电设备应具备升压和降压能力且具... 详细信息

随着新能源开发利用的持续深入,大规模发展电动汽车在减少碳排放和应对气候变化中发挥着关键作用,广泛分布的充电设施对于进一步普及电动汽车至关重要。针对电动汽车电池组充电电压变化范围大的现象,充电设备应具备升压和降压能力且具有高输入功率因数。为实现这一目标,本文提出一种新型单级三相谐波电流注入可升降压(Single Stage Three-phase Harmonic current injection Step Up/Down,STHSUD)AC/DC变换器。本文对现有三相AC/DC变换器的工作特性进行详细分析,以三相电流注入型AC/DC变换器为研究对象,将三相不控整流桥与双Cuk模块集成构造新型单级拓扑结构,利用Cuk模块实现功率因数校正、拓宽输出电压范围,引入低频双向开关管向交流电源侧回馈谐波电流,降低输入侧电流谐波含量,尤其是运行在升压模式下,中间储能电容两端电压可以比输出电压低。本文首先详细分析了STHSUD变换器的拓扑结构以及工作原理,通过建立变换器的等效电路推导出变换器的电压传输比,揭示了STHSUD变换器具有升降压能力。其次,基于滞环电流控制,根据变换器的工作特性设计了闭环控制策略并进行了仿真验证,所用控制方案可实现正弦输入电流、具有接近单位功率因数;针对变换器输入侧电流的畸变问题,在采用滞环电流控制策略的基础上,本文引入输出电压作为电流补偿量改善了扇区切换区间的电流畸变。最后,通过对STHSUD变换器进行硬件参数以及数字控制电路设计,搭建了实验样机,在实验样机上对变换器进行了包括闭环控制、负载切换等不同工况的实验研究,实验结果表明STHSUD变换器可以实现输出升降压、输入电流低谐波含量且具有高输入功率因数。

关键词：三相AC/DC 升降压单级谐波电流注入

基于三次谐波电流注入多相感应电机切套运行控制策略研究

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同方学位论文库

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基于三次谐波电流注入多相感应电机切套运行控制策略研究

作者：马梓源青岛大学

学位级别：硕士

大容量感应电机作为舰船推进系统最为核心的装备,舰船的机动性、生命力和续航力与其运行性能和可靠性有着直接关系。对于舰船推进用多相感应电机来说,其绕组一般采用集中整矩结构,可以最大程度利用基波气隙磁势,也可以注入谐波电流,提... 详细信息

大容量感应电机作为舰船推进系统最为核心的装备,舰船的机动性、生命力和续航力与其运行性能和可靠性有着直接关系。对于舰船推进用多相感应电机来说,其绕组一般采用集中整矩结构,可以最大程度利用基波气隙磁势,也可以注入谐波电流,提高电机的转矩密度,改善电机的运行性能。同时舰船推进用多相感应电机大多数设计成多套多相绕组结构以提高电机冗余能力,来应对舰船不同的运行工况。当电机正常运行时,多套多相绕组同时工作;当某一套绕组出现故障时,可从系统中切出这套故障绕组,剩下的各套绕组不受影响,最大程度地保证电机的平稳运行,以此提高舰船推进系统的可靠性。本文以一台三套五相绕组结构的半对称十五相感应电机为例,研究了三次谐波电流注入电机切套运行工况下的气隙磁势,在不同的坐标系下建立了电机切套运行时的数学模型。研究了十五相感应电机切套运行工况下的最优三次谐波电流注入比例,在此基础上,研究了三次谐波电流注入十五相感应电机切套运行时的控制策略,提出了改进的三次谐波电流注入控制策略,有效提高了电机切套运行时的性能,并通过仿真进行了验证。首先,从绕组结构和绕组函数出发,推导了单相绕组流过基波电流时产生的基波以及谐波气隙磁势,再研究了多相绕组流过谐波电流时产生的基波以及谐波气隙磁势。然后从时间和空间谐波的角度出发,分别推导了三套五相绕组结构的半对称十五相感应电机正常运行以及切套运行时合成气隙磁势的表达式,并对谐波电流次数与合成气隙磁势次数之间的对应关系做出总结,为多套多相感应电机切套运行时谐波电流注入提供了理论依据。其次,建立了考虑三次谐波电流注入的五相感应电机在自然坐标系下和同步旋转坐标系下的数学模型,并在五相感应电机数学模型的基础上拓展得到了三套五相绕组结构的半对称十五相感应电机的数学模型。再次,将合成气隙磁势幅值下降最大且波形近似平顶波作为约束条件,研究了十五相感应电机正常运行时三次谐波电流的注入关系。并考虑电机的电流约束条件限制以及逆变器的输出电压约束条件限制,以最大程度地提高电机的输出转矩为目标,推导得出了电机运行最优电流矢量轨迹和最优电压矢量轨迹,实现了十五相感应电机三次谐波电流注入工况下的最大转矩电流比控制。最后,在保持电机定子相电流有效值相等的条件下,研究了十五相感应电机不同切套运行工况下三次谐波电流的最优注入比例以及对应的输出转矩。提出了一种改进的电机切套运行时三次谐波电流注入控制策略,采用基波平面转子磁场定向控制和三次谐波平面气隙磁场定向控制下注入三次谐波电流来实现。改进的谐波电流注入控制策略能实时调整三次谐波气隙磁场的相位,保证了电机在不同切套运行工况下合成气隙磁势波形始终为平顶波,最大程度地提高电机的转矩密度。

关键词：谐波电流注入十五相感应电机切套运行电流控制策略最大转矩电流比

基于前馈谐波电压的永磁同步电机谐波电流注入方法（英文）

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同方学位论文库

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同济大学学报（自然科学版） 2017年第S1期45卷 69-79页

作者：钟再敏江尚陈雪平周水华同济大学汽车学院上海201804

在多同步坐标系中推导了永磁同步电机谐波电压模型,在此基础上构建了一种基于前馈谐波电压的永磁同步电机的谐波电流注入系统.该系统中电流交流部分增益全部由前馈谐波电压来保证,而原矢量控制系统中的反馈电流控制模块则仅需补偿电流... 详细信息

在多同步坐标系中推导了永磁同步电机谐波电压模型,在此基础上构建了一种基于前馈谐波电压的永磁同步电机的谐波电流注入系统.该系统中电流交流部分增益全部由前馈谐波电压来保证,而原矢量控制系统中的反馈电流控制模块则仅需补偿电流直流部分的增益.利用仿真和试验对比分析了本控制系统与仅采用反馈电流控制模块的谐波电流控制效果及转矩脉动情况.结果表明,前馈谐波电压能大大提升高频谐波电流注入的准确性,从而更有效地降低永磁同步电机输出的转矩脉动.

关键词：永磁同步电机多同步坐标系谐波电压模型谐波电流注入转矩脉动抑制

双三相PMSM优化谐波电流注入MTPPC控制

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电力电子技术 2021年第2期55卷 80-83页

作者：程海玉张今朝凌文锋潘安远嘉兴南湖学院浙江嘉兴314001 嘉兴学院机电工程学院浙江嘉兴314001 浙江德欧电气技术股份有限公司浙江嘉兴314000

为提高双三相永磁同步电机(PMSM)驱动系统的输出转矩,设计了一种基于优化谐波电流注入的最大转矩峰值电流比(MTPPC)控制策略。在矢量空间解耦(VSD)模型中,通过引入两组正交的DQ1和DQ2参考系可简化控制器设计,在给定的峰值相电流下,通过... 详细信息

为提高双三相永磁同步电机(PMSM)驱动系统的输出转矩,设计了一种基于优化谐波电流注入的最大转矩峰值电流比(MTPPC)控制策略。在矢量空间解耦(VSD)模型中,通过引入两组正交的DQ1和DQ2参考系可简化控制器设计,在给定的峰值相电流下,通过在DQ2参考系中注入谐波电流可增加输出转矩,但注入的谐波电流也将产生小的直流转矩和谐波转矩。对此,推导了双三相PMSM的综合转矩模型,基于该模型分析了感应转矩分量,并引入到注入谐波电流的优化设计中。利用双三相PMSM驱动实验平台开展了实验测试,实验结果表明,测试电机的输出转矩可以增加10%以上,而转矩脉动可忽略不计。

关键词：永磁同步电机谐波电流注入转矩

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交替极永磁电机转矩脉动抑制控制策略

中国电机工程学报 2024年

作者：聂杰王凯郭玲玲李烽朱姝姝刘闯陈万庆南京航空航天大学自动化学院精基科技有限公司

交替极永磁电机每对极下的气隙磁密不对称，在特定极槽配合下其反电动势中存在2、4次等偶次谐波分量，引起额外的转矩脉动，降低转矩输出品质。为解决上述问题，提出一种注入多谐波电流产生的转矩补偿原有转矩脉动的控制策略。推导了适... 详细信息

交替极永磁电机每对极下的气隙磁密不对称，在特定极槽配合下其反电动势中存在2、4次等偶次谐波分量，引起额外的转矩脉动，降低转矩输出品质。为解决上述问题，提出一种注入多谐波电流产生的转矩补偿原有转矩脉动的控制策略。推导了适用于任意次谐波磁链产生的转矩脉动通用解析模型；并基于此模型，给出了利用谐波电流抑制转矩脉动的理论依据；提出在同步旋转坐标系下注入多次谐波电流的方法，抑制由2、4、5、7、11、13次谐波反电势引起的3、6、12次转矩脉动；并利用准-比例谐振控制器确实现谐波电流的精确跟踪。最后，以一台三相9槽10极交替极永磁电机为例，通过不同工况下的转矩脉动抑制实验，验证了所提控制策略的有效性。

关键词：交替极转子永磁同步电机反电势谐波谐波电流注入转矩脉动抑制

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同方期刊数据库

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基于谐波电流注入法的单相整流电路谐波抑制

电力自动化设备 2005年第5期25卷 23-26页

作者：张海梁孙婉胜武汉大学电气工程学院湖北武汉430072

电力电子装置产生的谐波已成为电力系统的主要谐波污染源。介绍了基于无源滤波的谐波电流注入滤波法,其基本思想是在整流电路交流侧的方波电流中叠加某次谐波电流,对方波电流进行“整形”,可减少交流侧电流的谐波含量,降低畸变率。对单... 详细信息

电力电子装置产生的谐波已成为电力系统的主要谐波污染源。介绍了基于无源滤波的谐波电流注入滤波法,其基本思想是在整流电路交流侧的方波电流中叠加某次谐波电流,对方波电流进行“整形”,可减少交流侧电流的谐波含量,降低畸变率。对单相整流电路的2次谐波电流注入滤波法进行了详细分析,通过Matlab数值计算仿真,取得了良好的滤波效果。

关键词：谐波抑制谐波电流注入整流电路滤波法

基于谐波电流注入的永磁同步电机转矩脉动抑制策略研究

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基于谐波电流注入的永磁同步电机转矩脉动抑制策略研究

作者：陈静怡重庆大学

学位级别：硕士

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）以其高效率、高功率密度和紧凑的结构被广泛应用于电动汽车、机器人、机床等高性能工业伺服领域。但电机运行时由磁链谐波、齿槽转矩、电流测量误差、电压源型逆变器（Voltage ... 详细信息

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）以其高效率、高功率密度和紧凑的结构被广泛应用于电动汽车、机器人、机床等高性能工业伺服领域。但电机运行时由磁链谐波、齿槽转矩、电流测量误差、电压源型逆变器（Voltage Source Inverter,VSI）死区效应等非理想因素所产生的转矩脉动导致电机瞬时转矩随转子位置周期性的振荡。特别是在电机低速运行时,这些转矩脉动反映为电机转速的周期性振荡,严重影响PMSM的应用精度和性能。在较高的运行速度下,这些转矩脉动自然被转子和负载转动惯量过滤掉,因此不容易反映在电机转速中。转矩脉动优化是值得研究的课题,本文主要针对低速PMSM的转矩脉动展开研究,探索转矩脉动优化的控制策略。首先,本文建立PMSM速度、电流双闭环矢量控制系统的数学模型,并在此基础上详细分析PMSM转矩脉动产生的原因。基于傅里叶分解法对dq坐标系下PMSM谐波转矩进行建模,分析转矩脉动与谐波电流之间的耦合关系,研究基于谐波电流注入的转矩脉动抑制控制策略。该策略以转矩脉动最小为目标,从速度测量中提取转矩脉动幅值,利用梯度下降优化算法（Gradient Descent Optimization,GDO）计算注入谐波电流参考的幅值和相位。本文所提出的转矩脉动优化策略无需复杂硬件电路,且计算简单,不包含复杂的迭代计算过程。然后,分析电流环比例积分控制器（Proportional Integral controller,PI）对优化后的谐波电流的调节作用,研究PI参数的离散化设计方法,在w’域内提出简单、准确的PMSM数字PI控制器参数整定方法。在该方法中,分析零阶保持器（Zero order hold,ZOH）和采样时间对电流控制的滞后效应,提高基于谐波电流注入的转矩脉动抑制策略的PMSM控制系统稳态和动态性能。接下来,对比传统PI控制策略,分析基于速度与电流比例积分谐振控制器（Proportional-integral-resonant controller,PIR）的PMSM平滑转速控制性能,研究电流采样和速度采样时间延迟对于控制系统稳定性的影响,基于奈奎斯特稳定判据分析控制系统稳定性及设计PIR控制器参数。最后,在MATLAB/Simulink软件中搭建表贴式永磁同步电机矢量控制系统模型,对本文所提出的各种控制策略进行仿真分析。在此基础上,对MATLAB/Simulink软件中控制模型进行离散化设计,基于dSPACE1103快速原型开发平台进行表贴式永磁同步电机的实验研究,验证本文所提出转矩脉动优化策略的有效性。

关键词：永磁同步电机转矩脉动抑制谐波电流注入梯度下降优化算法比例积分谐振控制器

基于谐波电流注入法的永磁同步电机转矩脉动抑制策略

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基于谐波电流注入法的永磁同步电机转矩脉动抑制策略

作者：张荣建哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机由于具有高效率、高转矩密度等优点而被广泛应用于各种要求高性能伺服控制的场合，比如数控机床、机器人控制等。这些高性能驱动场合对电机的输出转矩平滑度要求都很高。然而由于电机结构设计的非理想和逆变器的非线性特性... 详细信息

永磁同步电机由于具有高效率、高转矩密度等优点而被广泛应用于各种要求高性能伺服控制的场合，比如数控机床、机器人控制等。这些高性能驱动场合对电机的输出转矩平滑度要求都很高。然而由于电机结构设计的非理想和逆变器的非线性特性，永磁同步电机的转矩存在较大的脉动，从而限制了永磁同步电机在高精度场合的应用。所以研究永磁同步电机的转矩脉动抑制策略，增加转矩平滑度，具有重大的工程意义。在不对电机本体设计进行优化的前提下，主要研究采用谐波电流注入法抑制表贴式永磁同步电机转矩脉动的控制策略。在分析永磁同步电机系统结构和工作原理的基础上，建立了永磁同步电机的基波数学模型。为了研究功率逆变器的非线性特性对电机转矩输出的影响，推导出了逆变器输出误差电压的傅里叶方程。针对永磁同步电机转子永磁磁链的畸变特点，对永磁同步电机在旋转坐标系下的谐波数学模型进行了研究，获得了谐波转矩的表达式。结合永磁同步电机齿槽转矩的产生机理，建立了齿槽转矩与电机本体参数的关系模型。基于谐波电流注入法的转矩脉动抑制策略是通过注入谐波电流，实现对永磁同步电机转矩脉动的抑制。为了获得谐波参考电流指令，根据谐波转矩方程和对永磁体磁链的谐波分析，提出了计算q轴谐波电流指令的方法。在同步旋转坐标系下加入谐波电流闭环控制，使实际电流跟踪电流指令，产生的电磁转矩抵消电机的转矩脉动。在计算出交轴指令电流的基础上，提出了采用同步旋转PI控制器和比例谐振控制器的谐波电流注入策略，抑制电机的转矩脉动。针对电流环控制带宽有限的问题，在旋转坐标系下，提出用旋转PI控制器法实现对5次和7次谐波电流的提取和控制。为了减小控制系统的计算量，通过传统的PI控制器和比例谐振控制器的并联控制，使实际电流跟踪指令电流，实现对转矩谐波的抑制。在MATLAB/Simulink和Simplorer&Maxwell下分别建立永磁同步电机控制系统的仿真模型，对转矩脉动抑制策略进行仿真分析。针对电机磁路非线性的问题，提出了有限元迭代计算的优化策略，仿真结果验证了算法的有效性。在仿真分析的基础上，设计了基于DSP的永磁同步电机硬件实验平台，并在硬件平台上进行转矩脉动抑制算法的实验验证。对比实验结果证明了两种谐波抑制策略都可以对永磁同步电机转矩脉动进行有效抑制，从而验证了算法的可行性。

关键词：永磁同步电机转矩脉动谐波电流注入比例谐振控制器