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基于扩频原理的永磁同步电机系统开关噪音抑制策略

作　者: 要焰梅
导　师: 徐永向
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 随机频率调制周期频率调制转子涡流损耗降低噪音
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在永磁同步电机驱动系统中,传统的逆变器采用固定开关频率调制方式,使得电机的噪音频谱中含有集中在开关频率及其整数倍处的谐波含量,这种噪音会给人带来不愉悦的感觉,甚至对人类的健康造成一定损害。虽然可通过采用较高的开关频率使噪音的功率谱密度较大的点出现在人类听力范围之外,但会使得逆变器损耗增加。因此,基于扩频原理的开关噪音抑制技术成为了人们研究的热点。本文针对这一问题,对周期频率调制和随机频率调制的扩频策略进行了深入研究。首先,在分析固定开关频率SVPWM原理及其在数字控制系统中的具体实现方式的基础上,对固定开关频率下的输出信号进行了谐波分析,得到了其频谱分布规律。通过在Simulink中进行的仿真分析,以及基于DSP的永磁同步电机驱动系统的实验研究,对理论分析进行了验证。其次,对三角波、锯齿波和正弦波这三种周期开关频率调制技术用于永同步电机系统开关噪音的抑制进行了深入研究。为了探究电周期和调制周期比值对降噪效果的影响,对5种周期比值情况作了仿真和实验研究,结果表明二者的比值越大,扩频效果越好。此外,还分析了调制函数与线电压基波相位对扩频效果的影响。对三种方式的仿真和实验研究表明,周期频率调制确实能够行之有效地将频谱能量扩展到更宽的范围内。再次,鉴于周期频率调制下信号频谱中的不连续性和带状分布性,本文将随机频率调制技术应用于永磁同步电机驱动系统中。在随机频率调制中,为了确保随机数具有较好的分布特性,本文采用了生成随机数性能较好的Mersenne Twister发生器法。仿真和实验结果都表明,与三种周期频率相比,随机频率调制能够取得最好的扩频效果。最后,针对频率调制技术使得逆变器输出电压和电流中谐波含量复杂,会引起转子的高频涡流损耗及逆变器损耗等性能的变化,本文采用有限元法计算了不同频率下的转子涡流损耗,然后对不同频率调制方式下转子涡流损耗和逆变器损耗进行了计算和对比分析。计算结果表明,采用周期频率调制和随机频率调制后,转子的涡流损耗会增大,而逆变器损耗的基本相同。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题研究的背景及意义  10-11
  1.2 课题的国内外研究现状  11-15
    1.2.1 周期频率调制的研究现状  11-13
    1.2.2 随机调制的研究现状  13-15
    1.2.3 频率调制对转子涡流损耗影响的研究  15
  1.3 本文研究的主要内容  15-17
第2章固定开关频率下永磁同步电机系统性能分析  17-29
  2.1 引言  17
  2.2 固定开关频率SVPWM 的原理  17-24
    2.2.1 电压空间矢量与磁链空间矢量的关系  18-19
    2.2.2 电压空间矢量控制的基本思想  19-21
    2.2.3 电压空间矢量在数字控制系统中的具体实现  21-24
  2.3 固定开关频率SVPWM 的谐波分析  24-26
  2.4 仿真分析  26
  2.5 实验结果  26-27
  2.6 本章小结  27-29
第3章周期频率调制对永磁同步电机系统的影响分析  29-62
  3.1 引言  29
  3.2 周期频率调制的原理及频谱分析  29-31
    3.2.1 周期频率调制的原理  29-30
    3.2.2 周期频率调制的频谱分析  30-31
  3.3 电周期与调制周期比值不同时扩频效果分析  31-35
    3.3.1 电周期/调制周期=3/1  31-32
    3.3.2 电周期/调制周期=2/1  32-33
    3.3.3 电周期/调制周期=1/1  33
    3.3.4 电周期/调制周期=1/2  33-34
    3.3.5 电周期/调制周期=1/3  34-35
  3.4 仿真结果  35-41
    3.4.1 三角波周期频率调制  35-37
    3.4.2 锯齿波周期频率调制  37-39
    3.4.3 正弦波周期频率调制  39-41
  3.5 实验结果  41-61
    3.5.1 三角波周期频率调制  41-48
    3.5.2 锯齿波周期频率调制  48-54
    3.5.3 正弦波周期频率调制  54-61
  3.6 本章小结  61-62
第4章随机频率调制对永磁同步电机系统的影响分析  62-71
  4.1 引言  62
  4.2 随机频率调制的原理及频谱分析  62-68
    4.2.1 随机频率调制的原理  62-64
    4.2.2 随机频率调制的频谱  64-66
    4.2.3 随机数的产生  66-68
  4.3 仿真分析  68-69
  4.4 实验研究  69-70
  4.5 本章小结  70-71
第5章频率调制对永磁同步电机系统损耗的影响  71-80
  5.1 引言  71
  5.2 永磁同步电机-逆变器系统谐波等效电路模型  71-73
    5.2.1 永磁同步电机谐波等效电路模型的建立  71-72
    5.2.2 逆变器谐波等效电路模型的建立  72
    5.2.3 永磁同步电机-逆变器系统谐波等效电路模型的建立  72-73
  5.3 永磁同步电机-逆变器系统损耗分析  73-79
    5.3.1 永磁同步电机的涡流损耗分析  73-78
    5.3.2 逆变器的损耗分析  78-79
  5.4 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-87
攻读硕士学位期间发表的学术论文  87-89
致谢  89

基于扩频原理的永磁同步电机系统开关噪音抑制策略

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