调速永磁同步电动机高频电磁噪音的分析与抑制
Analysis and Simulation of High-Frequency
Noise of Vector-Contorlled PMSM system 调速永磁同步电动机 高频电磁噪音的分析与抑制
撰稿人:梁文毅
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摘 要 :
可以转化为对高次谐波电流产生的径向力波的分析,从而转 化为对 PWM 信号产生高频电流谐波的分析。本文分析了矢量控制调速永磁 同步电动机驱动系统中产
目前永磁同步电动机矢量控制通常采用 d-q 轴数学模
生 PWM 谐波电流的原因,并基于此分析结果给出了 高频
型,本节利用该数学模型对 d-q 轴谐波电流进行分析。电机 电磁噪音的特征。基于分析结果,本文提出了解决该类电磁 控制算法采用 SVPWM 控制,调制频率为 fPWM。
噪音的几种方式,并采用有限元仿真软件 EasiMotor 对分 析结论进行仿真验证,仿真结果验证了理论分析的正确性。 1.1. 永磁同步电动机 d-q 轴谐波电流分析 [14] 关键词:永磁同步电动机、矢量控制、电磁噪音、PWM谐
波电流
在文献 [14] 中对 PWM 谐波电流进行了详细分析,根
据分析可知,通常情况下,d 轴谐波电流主要为一次 PWM
Abstract:
谐波电流,其大小与 Δid1 直接相关,其中:
1
?i ?UT cos2αδ 60 ? cos60 ?δ 2 3L
d1 ss d
The high frequency electromagnetic noise causedby PWM has been
analysed in this paper based on
当 α 30 +δ/2 时,Δid1 取最大值,其值为:
the analysis of the PWM harmonic current in vector- controlled PMSM system. Based on this result, the2 ? i UT 1? cos60? δ 2 3L
d1 ss d
characteristic of the noise has been studied, also some of methods to reducing the noise has been proposed 这里,Ld 为 d 轴同步电感,δ 为功角, Ts 为调制周期,
and the simulation of finite element method in Us 为稳态运行时电压矢量幅值, 为电压矢量在扇区中瞬
EasiMotor software verified the validity of methods. αKey words:
PMSM, Vector Control, Electromagnetic α
时位置,0 。
60
noise, Harmonic current. 而 q 轴 PWM 谐波电流主要为二次 PWM 谐波电流, 其大小与 Δiq2 直接相关,其值为:引言 3 ?i ?? 1 3U cos α? 30 U UT 4L q2 s dc q s q
永磁同步电动机 PMSM 驱动系统通过脉宽调制技术 当 α0 或时取极大值,其表达式为:
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PWM 对功率器件的控制实现速度跟踪,由于 PWM 调制 4 ? i 1? 3U 2U UT 4L
产生的三相电压为一系列方波,它将在电机中产生高频的 q2 s dc q s q
PWM 谐波电流,从而产生尖锐的高频噪音,这在 PMSM 这里 Lq 为 q 轴同步电感,Udc 为直
流母线电压,Uq 驱动系统问题中较为常见。
为稳态运行时 q 轴电压。
目前对于电机电磁噪音的理论分析,主要集中于传统感应电 对于 SPWM 控制,可采用类似方法分析,由于单个调 机、电励磁同步电机 [1-4],近年来,出现了一些关于永磁 制周期内零矢量(000)与零矢量(111)作用时间不等, 电机噪音分析的文献 [5-7],主要侧重于无刷电机在理想电
因此其一次 PWM 谐波电流更加丰富。
流下的磁场分析,也有一些文献针对变频器产生电磁噪音的 问题提出了一些新的控制算法 [8-13]。本文基于电机本体与 1.2. 高次谐波电流产生的径向力波分析
电机控制器集成设计分析角度,分析了 PWM 谐波电流的产 生及引起电动机电磁噪音的原因,并基于此提出了相关可行 由于 PWM 谐波电流频率 fν 远大于电流基波频率 f0, 的解决方案。
因此相对于基波下式成立: f ?kf k1,2 5 v PWM永磁同步电动机高频电磁噪音分析
假设该谐波电流的幅值为 iν,则由该电流产生的谐波磁 动势可表示为:
电磁噪声来源于电磁振动,电磁振动则由电机气隙磁场 作用于电机铁芯产生的电磁力激发 [1],因此对于永磁同步 6 F θ,tF cospθπ? 2 f t
v v vv
电动机中由于逆变调制产生的高频电磁噪声的分析从根本上 -1-
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由该磁动势产生的主要的气隙谐波磁场为: 另外,根据 2、4,谐波电流与调
制周期 Ts 成正比,
即与开关频率 fPWM 成反比。
B θ,tB cospθπ? 2 ft7
v v vv
在6、 7中, Fν、 Bν分别为高频谐波电流产生的磁动势、 2.2. 电磁噪音特点分析
磁密幅值,p 为电机极对数,φν 为谐波磁势初相角。 设永磁体提供的气隙基波磁场为:
根据 PWM 谐波电流分析,由 PWM 谐波电流引起的8 B θ,tB cospθπ? 2 ft 电磁噪音频率与逆变器调制频率接近或者为调制
频率的整数
0 0 00
倍,且随着调制频率增加而减弱。
根据麦克斯韦尔定律,PWM 谐波电流磁场与气隙基波 虽然一次 PWM 谐波电流随着转速的上升而上升,但是 磁场相互作用产生 2p 次高频径向力波 [2]: 由于其二次 PWM 谐波电流将明显下降,引起其总的谐波电p B θ, t B θ? ,
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