永磁同步电机转矩脉动的分析与抑制

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永磁同步电机驱动系统具有功率密度高、控制简单、效率高、调速性能好等优点,在石油化工设备、风力发电系统、航空航天以及电动汽车等领域广泛应用。但是,永磁同步电机结构设计偏差、逆变器非线性等因素,使得逆变器输出电压畸变,出现电压谐波,引起电流波形畸变,导致电机输出转矩脉动,限制了其在宽调速范围、高精度场合的应用。本文在不考虑本体设计优化前提下,主要从控制策略上研究通过改进死区时间补偿算法抑制电机的转矩脉动。首先,在分析了永磁同步电机基本原理和控制策略的基础上,对矢量控制方法和SVPWM调制技术产生的转矩脉动进行了研究。其次,本文重点研究了基于SVPWM调制技术功率逆变器死区产生的转矩脉动,在传统时间补偿算法的基础上,提出了一种改进型时间补偿算法。该算法一方面根据空间电压矢量合成等效法对传统时间补偿算法实现了三相到一相时间补偿的简化,另一方面采用空间电压矢量合成轨迹分析手法提出了一个补偿系数k,用于调整实际时间补偿量,并建立了时间补偿量与k的线性函数模型。最后,本文以一台48V、350W三相永磁同步电机为研究对象,在Matlab/Simulink平台上搭建了包含死区补偿模块的永磁同步电机驱动系统动态仿真模型,同时也对永磁同步电机驱动系统的软、硬件进行了设计和结构分析。为了验证本文所设计的包含死区补偿模块的永磁同步电机驱动系统仿真模型的有效性与仿真精度,在不同仿真条件下,分别对本文设计的补偿模型与传统时间补偿模型进行了仿真和对比。仿真实验证明,本文所设计的补偿模型在额定工作状态时的相电流总谐波失真THD为14.82%,转矩脉动为9.64%,相比于传统时间补偿模型分别优化了 3.06%和4.08%,达到了设计指标的要求。
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