电流谐波分量对永磁同步电机转矩的影响
大功率永磁同步电机运行谐波分析与抑制方法研究
Analysis and Study of Harmonic Suppression of High-power Permanent Magnet Synchronous MotorA Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theDegree of Master of EngineeringByZhen ShuaiSupervised by Liao YongSpecialty: Electrical EngineeringCollege of Electrical Engineering of Chongqing University,Chongqing , ChinaMay, 2011摘要由于气隙磁场的畸变和逆变器的非线性特性使永磁同步电机电流中含有大量高次谐波，电流波形发生畸变，导致电机电磁转矩脉动，限制了永磁同步电动机在宽范围调速、高精度的位置、速度控制场合的应用。
分析以及抑制永磁同步电机运行谐波，减小永磁同步电机输出电磁转矩脉动已经成为国内外研究的重点。
针对这一问题，本文在经过详细的分析以及系统理论推导后，提出了一种以注入谐波电压的方式来抑制永磁同步电机运行谐波的控制方式。
首先在分析永磁同步电机的基本工作原理，建立永磁同步电机的数学模型的基础上；详细分析了永磁同步电机产生运行谐波的原因，推导得出了永磁同步电机谐波数学模型，并提出了一种新颖的谐波抑制算法。
该算法在谐波dq轴系下实现实时提取电机相电流中谐波分量，通过加入谐波电流环的方式，实现对谐波电流的闭环控制，得到精确的谐波电压分量，并将得到的谐波电压分量注入到永磁同步电机调速系统中的三相控制电压中，抵消电机运行时电机电流中的谐波分量，实现对谐波电流分量的抑制，改善了电机电流波形，抑制了电机电磁转矩脉动。
永磁同步电机的转矩直接控制
永磁同步电机的转矩直接控制一、本文概述本文旨在探讨永磁同步电机（PMSM）的转矩直接控制策略。
永磁同步电机作为现代电力传动系统中的核心组件，具有高效率、高功率密度和优良的控制性能。
转矩直接控制作为一种先进的电机控制技术，能够实现对电机转矩的快速、精确控制，从而提高电机系统的动态响应性能和稳定性。
本文首先将对永磁同步电机的基本结构和原理进行简要介绍，为后续转矩直接控制策略的研究奠定基础。
随后，将详细阐述转矩直接控制的基本原理和实现方法，包括转矩计算、控制器设计和优化等方面。
在此基础上，本文将重点分析转矩直接控制在永磁同步电机中的应用，探讨其在实际运行中的优势和局限性。
本文还将对转矩直接控制策略的性能进行仿真和实验研究，评估其在不同工况下的控制效果。
通过对比分析，本文将提出改进和优化转矩直接控制策略的方法，以提高永磁同步电机的控制性能和运行效率。
本文将对转矩直接控制在永磁同步电机中的应用前景进行展望，探讨其在新能源汽车、工业自动化等领域的发展潜力。
本文的研究成果将为永磁同步电机的转矩直接控制提供理论支持和实践指导，推动其在现代电力传动系统中的广泛应用。
二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机（PMSM）是一种特殊的同步电机，其磁场源由永磁体提供，无需外部电源供电。
PMSM利用磁场相互作用产生转矩，从而实现电机的旋转运动。
PMSM的定子部分与常规电机相似，由三相绕组构成，用于产生电磁场。
而转子部分则装有永磁体，这些永磁体产生的磁场与定子绕组的电磁场相互作用，产生转矩。
PMSM的转矩大小和方向取决于定子电流的大小、方向以及永磁体与定子绕组磁场之间的相对位置。
PMSM的控制主要依赖于对定子电流的控制。
通过改变定子电流的大小、频率和相位，可以实现对PMSM转矩和转速的精确控制。
与传统的感应电机相比，PMSM具有更高的转矩密度和效率，以及更低的维护成本。
PMSM的工作原理基于法拉第电磁感应定律和安培环路定律。
当定子绕组通电时，会产生一个旋转磁场，这个磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，产生转矩。
空间矢量PWM谐波分析及其对电机转矩的影响
择。4谐波对电机转矩脉动的影响由于逆变器输出电压中 含有基波及各次谐波，它们各自在电机中将产生相应的 电磁转矩。为了获得高性能的电磁转矩，要尽可
能地减少谐波转矩对电机的影响。因为谐波转矩将使电 机产生转矩脉动，其中影响较大的是5次和7次谐波。下 面以5次和7次谐波为例进行具体分析。设基波
电压的相序为正相序，那么由谐波分析可知，5次谐波为 逆相序，而7次为正相序。5次和7次谐波电压在转子中产 生的感应电流都是6次谐波。如果在不考虑
图任一电压空间矢量可定义为：自的导通状态，上开关 通为1，下开关通为0，U（1为直流电压值。用基本空间 矢量法估算电动机的电压：在任一时刻投影的
电动机的电压矢量都落在六个扇区的一个之中，这样在 任一时刻的电动机电压矢量都可以通过相邻的基本空间 矢量上的两个矢量元素估算出来（如所示）：调制
的约束条件是：式（4）决定了直流电压为Ud时采用逆变 器供电时的最大电压。把式（3）带入式（4）得：6.的作 用时间，T.为零矢量作用时间，T（
在全数字高性能交流调速系统中，通常采用数字脉宽调 制来代替传统的模拟脉宽调制。空间矢量脉宽调制 （SVPWM）技术是近年来研究的一个热点。SVP
WM是把三相变流器的端部电压状态在复平面上综合为空 间电压矢量，并通过不同的开关状态形成八个空间矢量， 利用这八个空间矢量来逼近电压圆，从而形成
SVPWM波。它能在较低的开关频率下获得较好的谐波抑 制效果和比SPWM高约15%的基波电压。同时，SVPWM调 制技术还有一个优点即易于实现数
，定子电阻0.6878，定子电感83.97 mH，转子电阻0. 8428， 转子电感85.基波与5次谐波和7次谐波以及各种组合对电 磁转矩影响如
~ 9（都是电机在空载条件下的仿真结果）所示。从以上 仿真分析可以看出，5次和7次谐波对电磁转矩的脉动存 在相互抵消作用，的电磁转5谐波优化方案
675 考虑转子磁通谐波的永磁同步电机控制性能分析
第*期
揭贵生， 等： 考虑转子磁通谐波的永磁同步电机控制性能分析
JE
［!］ 的 !， ， 其核心目的是 " 轴电流控制器的设计上 消除电机模型的交叉耦合， 以避免在电机动态过程
因数控制的控制公式， 并在此基础上将内模电流控 制的思想进一步深化， 将电机永磁磁链谐波引起的 反电势作为负载扰动， 由内模电流控制来抑制这种 负载扰动和不考 虑 电 机 模 型 的 交 叉 耦 合 所 带 来 的 电流控制误差， 提 高 电 流 的 动 态 跟 踪 性 能， 以此来 抑制电机永磁磁链谐波产生的转矩波动的影响， 并 对其转矩、 转速和响应速度等综合性能结合实际应 用进行了仿真分析。
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电机参数对永磁同步发电机电流谐波的影响
电机参数对永磁同步发电机电流谐波的影响发布时间：2021-05-28T01:51:15.134Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第4期作者：吴刚[导读] 永磁同步发电机具有结构简单，功率密度高、效率高等优点，在新能源发电和电力驱动领域得到了广泛应用。
淮南平圩发电公司安徽省淮南市 232033摘要：永磁同步发电机具有结构简单，功率密度高、效率高等优点，在新能源发电和电力驱动领域得到了广泛应用。
定子电流谐波是影响发电机性能的一个重要性能指标，本文从电机本体出发，利用Ansys软件建立了表贴式和内置式两种转子类型的电机有限元模型，并在上述基础上分析了永磁同步电机不同转子结构和永磁体厚度对电感参数的影响进而结合仿真分析了电机参数对永磁同步电机电流谐波的影响。
关键词：永磁同步发电机；电机参数；谐波永磁同步发电系统中发电机内部磁场主要包括两个部分：一部分是与电机转子同步旋转的主磁场；另一部分是电机内不与转子同步旋转的磁场即谐波磁场。
产生谐波磁场的因素有：电机铁心开槽引起的气隙磁导不均匀而产生的齿谐波存在的磁场；PWM变流器调制使定子电流含有时间谐波而产生的磁场；定子绕组空间分布不均匀产生的空间谐波磁场。
对于传统的永磁同步电机，常常忽略谐波磁场，在可控永磁同步发电系统中，尤其是对于频率较高的电机，其内部常常含有一系列的高频谐波分量，在电机内产生谐波损耗，温度升高导致发电机性能下降，影响发电效率，严重时损坏整个系统。
因此，对可控永磁同步发电系统中的谐波进行分析和抑制显得尤为重要。
一、谐波的危害PWM变流器的应用，为电力电子装置在提高效率和可靠性、减小体积和重量、节省材料、降低成本等各方面提供了有利的条件，并为机电一体化、智能化奠定了坚实的基础。
随着PWM变流器应用的日益广泛，也使得电力电子装置成为最大的干扰源。
由于受控制技术及开关频率的限制，其输出的电压电流波形中谐波含量较高，主要是由各种电力电子装置、变压器等产生的，由此带来的谐波污染问题也日渐加重[1]。
谐波对同步发电机轴转矩平衡的影响分析
谐波电流对同步发电机轴转矩平衡的影响分析摘要：在独立小容量供电系统中，小容量发电机组带非线性负载的能力差。
这是因为非线性负载带来的谐波电流干扰了同步发电机的正常运行。
（建议删除）小容量电源为非线性负载提供电能时，大量的谐波电流会流过电机的电枢绕组。
论文分析了谐波电流对同步发电机内部磁场的影响，利用能量法推导出电磁转矩在电枢电流含有谐波时的解析式，并计算出了该负载给同步发电机带来的电磁转矩脉动，建立了基于MA TLAB的非线性负载模型，以此为基础，论述了谐波电流对小容量发电机组轴转矩平衡的影响以及产生机械振动的机理。
关键词：同步发电机；非线性负载；谐波电流；电磁转矩；中图分类号：TM301 文献标识码：AAnalysis of torque balance of synchronous generator under the distortion of harmonic currentAbstract: Short-capacity generator has a poor ability to give power to non-linear load in short-capacity system. When it supplys power to non-liner load, harmonic current will flow through the generator’s armature. This part of current will distort the armature reaction. This article analysed how harmonic current influence the magnetic field inside the synchronous generator, and deduced a formula that can describe the electromagnetic torque pulsation brought by harmonic current, then gave an example based on MA TLAB model. The example demonstrates how diesel generator vibrates under the distortion of harmonic current.Key word: Harmonic current; Synchronous generator; Electromagnetic torque; Short-capacity generator；Magnetic field; Non-linear load1 引言当前，计算机、变频器、电子开关、节能灯等非线性负载大量应用，这给电网带来了日益严重的谐波污染。
一种永磁同步电机气隙谐波转矩补偿方法
一种永磁同步电机气隙谐波转矩补偿方法武四辈【摘要】电动汽车用永磁同步电机由于设计、制造等导致气隙磁场产生畸变,使得电机电流波形带有谐波,最终导致转矩产生波动.提出了一种谐波转矩补偿方法,在电机电流双闭环控制基础上,通过在电压上补偿一定的谐波,达到抑制电流和转矩波动的效果.仿真结果表明,该方法可以有效地提高电流的补偿效果,并明显改善转矩波动.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2016(043)009【总页数】4页(P66-69)【关键词】永磁同步电机;气隙磁场;谐波转矩补偿【作者】武四辈【作者单位】上海汽车集团股份有限公司技术中心,上海201804【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机具有高效率、高功率密度等优点，已经逐渐被广泛应用于机床、电动汽车、风力发电等领域[1-2]。
但由于转子磁极结构、磁路饱和效应等使得电机的气隙磁场带有不同程度的谐波，这些谐波会导致电流波形畸变，从而使得电机的转矩产生波动，增加电机的振动和噪声，这样就有必要对谐波进行抑制。
国内外一些学者从电机设计的角度对永磁体磁场进行了研究，利用有限元等方法来分析永磁体磁场，并提出了一些改进方法来削弱谐波分量[3]。
但这些方法很难从设计角度使得励磁磁场正弦分布，且增加了成本，因此目前阶段从电机控制的角度采取措施来消除或减弱磁场谐波的影响显得更有意义。
文献[4-7]从电机控制的角度对补偿方法进行了研究，但存在着实际工程应用困难、算法复杂的问题。
本文提出了一种工程上简单、易于实现且有效的谐波转矩补偿方法。
首先对所研究电机进行了电机转子磁场谐波测量，根据测量结果建立含有谐波的电机模型，并对模型进行谐波补偿。
对补偿后的波形进行分析可知，气隙谐波导致的电流波形畸变和转矩波动都得到了改善。
理想模型认为转子磁场在气隙中为理想的正弦分布；但实际上由于电机永磁体制造及工艺上的限制，永磁体产生的转子磁场谐波含量很大，实际转子磁场不是理想正弦分布的。
电流谐波分量对永磁同步电机转矩的影响
电流谐波对电机转矩的影响对于采用正弦控制的三相永磁同步电机来说，理论上电机输入电流和电压应该是理想的正弦波，但是在实际的工程应用中电机电流与电压波形都是近似于正弦波，其中含有大量的高次谐波分量。
实际上绕组采用星型连接的三相永磁同步电机对谐波有一定的抑制效果，三次以及三的倍数次谐波在电机绕组对称的情况下由中性点是可以完全抵消掉，由此，可以避免三次及三的倍数次谐波对电机的影响，但是诸如五次、七次、十一次以及十三次等高次谐波在电机绕组中是确实存在的，这些电流中的高次谐波对电机性能会有一定的影响。
引起电机电流谐波的原因很多，主要包括：永磁磁链的畸变、电机转速变化、电机定子齿槽、电机控制方式以及由电机控制器输出造成的电流畸变等。
对于控制器来说，功率器件的开关频率对电机谐波的产生有着极其重要的影响，比如对于一款极对数为6，最高转速为9000rpm的电机来说，最高转速下电机频率为150Hz，电流频率为900Hz，而控制器中IGBT 的开关频率最高为10K，MOSFET的开关频率最高为100K。
在电机转速为9000rpm时一个电流周期内的IGBT开关次数为11次，其一个周期内开关次数为100次与11次的电流波形如图1所示，从图1可以看出，开关次数为11次的电流波形的谐波是十分明显的。
图1电流波形由控制器元器件开关频率造成的谐波影响在电机不同转速下是不一样的，对比电机转速从1000rpm到9000rpm对应的一个电流周期内控制器开关次数如表1所示。
表1转速&开关次数转速（rpm）100020003000400050006000700080009000开关次数1005033252016141211从表1可以看出，随着电机转速的不断上升，控制器在一个电流周期内的开关次数逐渐减少，而开关次数的减少必然引起电流谐波的增加，虽然在电路中有滤波电容的存在，但是滤波电容对高次谐波的抑制作用是十分有限的，这充分的说明了一点：电机转速的上升必将导致输入电流谐波分量的增加，而对极对数和转速较高的电机来说这点是无法避免的。
永磁同步电机
第5章 永磁同步电动机系统及其S P W M 控制 除一些利用异步转矩或磁阻转矩起动的永磁同步电动机之外，绝大多数的永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)需要逆变器驱动以平稳起动及稳定运行。
因此一般意义上的永磁同步电动机系统是指具有位置传感的、SPWM 逆变器驱动的永磁同步电动机，或称为正弦波驱动的无刷直流电动机，很多的文献也直接将之简称为永磁同步电动机。
本章主要阐述永磁同步电动机即正弦波无刷直流电动机的原理及其SPWM 控制。
5.1永磁同步电动机系统的构成及设计特点5.1.1永磁同步电动机系统的构成与前一章的方波无刷直流电动机相比较，虽然两者都是自同步运行的永磁同步电动机，均由永磁同步电动机、转子位置传感器和控制驱动电路三部分组成，但在运行原理上存在较大的差异。
方波无刷直流电动机中，只需要若干个磁极位置处的开关信号就可以形成换相逻辑，从而产生在空间跳跃旋转的定子磁动势；通过平顶波反电动势的设计及矩形电流波形的控制，可以产生近似恒定的电磁转矩，转矩平稳性较差。
而在永磁同步电动机中，为产生恒定的电磁转矩，一般采用SPWM 信号驱动功率电路，在电动机三相绕组中产生正弦波的电流，从而形成连续旋转的定子圆形旋转磁场，因此需要检测连续的转子位置信息。
图5-1所示框图为永磁同步伺服电动机的基本结构之一。
转子位置传感器为旋转变压器或编码器等，通过轴角变换电路或计数器等可以将连续位置传感器的输出信号变换为转角位置信号p θ。
之后，在相电流指令合成电路中产生各相的电流指令信号j u ，如式（5-1）所示。
)32)1((sin )(πθθ--=j p V P u er j 3,2,1=j （5-1） 式中，V er −输入控制指令，为速度误差信号或转矩指令信号。
相电流指令与电流负反馈信号经电流调节器处理后，生成SPWM 信号控制逆变功率电路，驱动永磁同步电动机自同步运行。
每极一个槽实心转子有端环永磁电机额定运行时的谐波转矩
槽数：永磁电机定子铁芯上开凿的槽数，用于放置绕组和磁极。
槽数和极数的关系：槽数与极数之比称为槽极比，影响电机的性能和效率。
槽数和极数的选择：根据电机的应用场合和性能要求，选择合适的槽数和极数。
实心转子的特点
结构简单：实心转子由一个圆柱形铁芯和两个端环组成，结构简单，易于制造和维护。
性能稳定：实心转子由于其结构简单，性能稳定，不易受到外界干扰。
效率高：实心转子由于其结构简单，能量损耗较小，效率较高。
成本较低：实心转子由于其结构简单，制造成本较低，适合大规模生产。
端环的作用
固定转子：端环将转子固定在电机内部，使其保持稳定。
导磁：端环具有导磁性，可以引导磁力线，提高电机效率。
散热：端环可以传导热量，帮助电机散热，延长使用寿命。
保护转子：端环可以保护转子不受外界冲击和磨损，提高电机的可靠性。
谐波转矩的产生
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谐波转矩的定义
谐波转矩的危害：引起电机振动、噪声、发热等问题，影响电机性能和寿命
影响因素：转子转速、定子绕组结构、转子齿槽形状等
产生原因：转子齿槽和定子绕组之间的磁拉力不平衡
谐波转矩：由转子齿槽和定子绕组相互作用产生的转矩
调整控制参数：根据电机运行状态调整控制参数，如电流、电压、转速等
采用谐波抑制技术：使用滤波器、谐波抑制器等设备，减少谐波转矩的产生
优化电机设计：改进电机结构，如采用双转子、多转子等结构，降低谐波转矩
材料选择优化
选择合适的永磁材料，如钕铁硼等
优化转子结构，如采用多槽结构、增加转子长度等
优化定子结构，如采用斜槽结构、增加定子长度等
谐波转矩的研究对于电机设计和制造具有重要意义
永磁同步电动机矢量控制系统谐波电流抑制
永磁同步电动机矢量控制系统谐波电流抑制SUN Jian;WANG Aiyuan;WANG Tao;JIN Yongxin【摘要】由于气隙磁场分布不均及逆变驱动装置开关管固有死区特性,永磁同步电动机电流中会引入谐波量,从而影响电动机运行稳定性.为减少谐波对系统的影响,通过建立谐波数学模型并在永磁同步电动机矢量调速控制系统中引入谐波抑制环节,将提取的谐波电流经过谐波抑制算法来抵偿控制环节中的谐波分量.为验证抑制措施的有效性,对此方法进行仿真分析,结果表明,该算法对电流谐波抑制作用有效.【期刊名称】《上海电机学院学报》【年(卷),期】2019(022)003【总页数】6页(P141-145,159)【关键词】谐波电流;永磁同步电动机;矢量控制;谐波抑制【作者】SUN Jian;WANG Aiyuan;WANG Tao;JIN Yongxin【作者单位】;;;【正文语种】中文【中图分类】TM351由于新型优质稀土永磁材料及电力电子技术和智能化控制器的出现，推动高功率和高频率开关的电子器件的研发与应用，永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)在诸多领域内得到推广，例如高性能中小功率的调速电动机和伺服电动机在智能控制、汽车驱动、风力发电、航天航空、智能设备等领域推广应用。
永磁同步电动机本身具有控制方法简单、转矩惯性比大、动态响应好、功率密度高、结构紧凑、效率高等优势，不过由于受电动机本体磁极结构[2-3]、定子槽型[4]等结构的影响，会导致电动机磁场产生畸变。
同时，受电路非线性因素如驱动控制器固有管压降和死区时间的影响[5-6]，PMSM三相电流中出现谐波量。
而谐波会加重电动机损耗，影响散热，产生振动和噪声，加重带载不稳定性。
因此，谐波电流抑制是优化PMSM服役能力的关键。
就PMSM谐波问题来说，诸多文献从以下两点进行解决：① 从本体结构考虑，优化定、转子齿槽结构，消除反电动势波形畸变。
用谐波注入抑制永磁同步电机转矩脉动
目录
01 短视频广告的传播策 略分析以抖音为例
03 二、创意内容与形式
02
一、精准的目标受众 定位
04
三、多元化的传播渠 道
目录
05 四、数据分析与优化
07 参考内容
06 五、总结
短视频广告的传播策略分析以抖 音为例
短视频广告的传播策略分析以抖音为例
随着数字科技的快速发展，短视频已经成为现代生活中不可或缺的一部分。 尤其在广告领域，短视频广告凭借其简洁直观、易于传播的特点，成为了许多品 牌的首选。本次演示将以抖音为例，对短视频广告的传播策略进行分析。
二、永磁同步电机转矩脉动概述
二、永磁同步电机转矩脉动概述
永磁同步电机的转矩脉动主要由磁场不均匀、电流畸变、齿槽转矩和磁阻转 矩等因素引起。这些因素会导致电机在运行过程中产生不稳定的转矩输出，从而 影响电机的性能和稳定性。为了降低PMSM的转矩脉动，需要从电机的设计阶段就 开始进行优化和控制。
三、永磁同步电机低转矩脉动的 稳健设计方法
在抖音上，有许多拥有大量粉丝的意见领袖（KOL），他们对于年轻人具有极 大的影响力。品牌可以通过与这些KOL的合作，借助他们的人气和影响力，提高 广告的曝光率和传播效果。例如，某化妆品品牌就与一位知名的美妆博主进行合 作，通过博主的使用和推荐，成功地带动了产品的销售热潮。
四、数据分析与优化
四、数据分析与优化
在广告发布后，品牌需要对广告的数据进行分析，以了解广告的效果和受众 的反应。通过分析点击率、曝光量、数、评论数等数据，可以了解受众对广告的 喜好程度和反应，从而进行优化调整。例如，如果发现某则广告的点击率较低， 可能是因为广告的标题或者封面不够吸引人，这时就需要及时进行调整。
基于定子谐波电流的六相永磁同步电动机双电机串联系统的仿真
过 电流 可控 的 电压源 逆变 器 向系统 注入 基波 和谐 波 电流 就可 以同 时控 制 这 两 台 电 机 的转 矩 ， 现 实 两 台电机 的独立 运行 。本 文 以双 Ｙ移 ３ 。 相永 ０六
磁 同步 电动机 （ ｅｍａｅ ｔ ｇ ｅ Ｓｎ ｈｏｏ ｓＭ — Ｐ ｒ ｎ ｎ ｎ ｔ ｙｃ ｒｎ ｕ ｏ Ｍａ
型 的 电抗 滤 波器 ， 图 １ 如 所示 ， 类似 于交 流 电机 它
下： 无需器件并联就可实现低压大功率 ， 转矩脉动
频率增加 、 幅值减小 ， 余结构提高 了系统 可靠 冗
基金项 目： 国家博士后科学基金项 目（０ ９ ４ ００ ） ２ ０ ０ ５２ ５
研究与设计 ｉ ｌ Ａ Ｉ ＥＩ ｌ ｃ
０ 引 言
多相 电机 和普 通 三 相 电机相 比， 主要 优 点 如
性 ， 流 电网侧 的谐 波成 分减 少 。但是 ， 子谐波 直 定
电流过 大是 多 相 电机 运 行 中的 一个 特 有 问题是多相系统 的一个研究热点 。对此 ， 文献 ［ ］ １ 提出 了一种新
ｄ ｖ ｙ ｔ ｍ ａ ｒ ｐ ｓ ｄ，ａ ｌｗ ｎ ａ ｍｏ ｉ ｃ ｒｅ ｔ ｏ ｐ ｏ ｕ ｅ ｒｖ ｌｉ ｇ ｍａ ｎ ｔｃｆ ｌ ｎ ｅ ｅ ａｅ ｔｒ ｕ ｎ ｔ ｅ ｉ ｒ ｅ ｓ ｓｅ ｗ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ｌ ｉ ｇ ｈ ｒ ｎ ｃ ｕ ｒ ｎ ｓｔ ｒ ｄ ｃ ｅ ｏｖ ｎ ｇ ｅｉ ｅ ｄ ａ ｄ ｇ ｎ ｒ ｔ ｏ ｑ ｅ ｉ ｈ ｏ ｉ
Ｍ ｏ ｏ ｓＳ ｒｅ ． ｎ ｅ ｔ ｄ Ｄｒｖ ｙ ｔｍ ｓ ｄ ｏ ｒ ｎ ｃ Ｃｕ ｒ ｎ ｓ ｔ ｒ ｅ ｉｓ Ｃｏ ｎ ｃ ｅ ｉ ｅ Ｓ ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ Ｈａ ｍｏ ｉ ｒ ｅ ｔ
永磁同步电机控制系统带过调制的弱磁控制策略研究
永磁同步电机控制系统带过调制的弱磁控制策略研究涂群章;林加堃;曾繁琦;邹世超;陆影【摘要】永磁同步电机控制系统在实际应用中,复杂多变的工况对电机的响应需求是不同的.为了拓宽电机控制系统的调速范围,且满足系统对转矩响应能力和大转矩输出特性的要求,在弱磁控制策略的基础上引入过调制方法,将其应用于永磁同步电机控制系统,并进行仿真和实验研究.结果表明,相比于无过调制的弱磁控制策略,带过调制的弱磁控制策略能使系统在调速过程中充分利用直流母线电压,从而提高了转矩响应和大转矩输出能力,缩短了转速响应时间,同时电机的工作效率符合应用要求.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2016(037)005【总页数】8页(P953-960)【关键词】兵器科学与技术;永磁同步电机;控制系统;弱磁控制;过调制【作者】涂群章;林加堃;曾繁琦;邹世超;陆影【作者单位】解放军理工大学野战工程学院,江苏南京 210007;解放军理工大学野战工程学院,江苏南京 210007;军事交通学院军用车辆系,天津 300161;海拉(厦门)电气有限责任公司,福建厦门 361100;解放军理工大学野战工程学院,江苏南京210007【正文语种】中文【中图分类】TM301.2永磁同步电机（PMSM）的励磁由永磁体提供，没有励磁损耗，因此，与一般电机相比，PMSM具有更高的功率密度和效率，从世界电传动研究情况以及电机发展水平来看［1］，PMSM是军用电传动履带推土机的最佳选择。
军用履带推土机由于要求具备良好的机动性，因而需要尽量扩大其驱动电机的调速区间；在推土作业工况下则要求电机控制系统具有快速准确的转矩响应，在爬坡、突然加减速和深度挖掘时还应具有高效的大转矩输出特性。
为了拓宽电机调速范围，PMSM可采用弱磁控制策略。
对电机进行弱磁控制时，由于电压接近饱和［2］，电机的转矩响应能力会弱化。
因此为了进一步提高直流电压利用率，人们在调制方法和过调制方法方面都进行了相关研究，在正弦波脉宽调制（SPWM）参考电压中加入3次谐波可提高电压利用率和消除特定次数谐波的离线脉宽调制方法［3］等都是在调制方法方面的改进，过调制方法则是在1991年Kerkman等提出逆变器增益的概念后开始得到了深入研究［4-7］。
双三相永磁同步电机模型预测电流控制研究
电气传动2021年第51卷第6期摘要：六相逆变器为双三相永磁同步电机提供了丰富的电压矢量资源，能够使预测电流控制变得更加精准，但更多的电压矢量会带来算法计算量过大的问题，同时双三相电机的谐波电流会使电机的损耗增加，需要对其进行抑制。
提出了一种改进的模型预测电流控制方法。
利用最外围大矢量与次外围中矢量在z 1z 2子平面方向相反的特性，在一个控制周期内将两个矢量按照相应比例结合并作用于电机，可实现抑制谐波电流的目的。
根据定子磁链所在扇区的位置确定出更小范围内的8个预测电压矢量，从而减少了系统运算量。
同时以d ，q 轴电流误差项作为价值函数，消除z 1z 2子平面的电流误差项，如此可避免权重系数的整定。
通过实验对所研究方法进行了验证，结果表明所提MPCC 方法可以有效地降低谐波电流，并且具有良好的控制性能。
关键词：双三相永磁同步电机；模型预测电流控制；谐波电流抑制；预测电压矢量中图分类号：TM28文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd22559Research on Model Predictive Current Control of Dual Three Phase PermanentMagnet Synchronous Motor SONG Wenxiang ，REN Hang（School of Mechatronic Engineering and Automation ，Shanghai University ，Shanghai 200444，China ）Abstract:Six phase inverter provides abundant voltage vector resources for dual three-phase permanent magnet synchronous motor ，which can make predictive current control more accurate.However ，more voltage vectors cause the problem of too much calculation.At the same time ，the harmonic current of dual three-phase motor will increase the motor loss ，which needs to be suppressed.Therefore ，an improved model predictive current control （MPCC ）algorithm was proposed.According to the characteristic that the largest vector of the outermost region is opposite to the middle vector of the sub periphery in the z 1z 2sub-plane ，the two vectors were combined according to a certain proportion to act on the motor in a control cycle to suppress the harmonic current.Furthermore ，the stator flux linkage position was observed and the predicted voltage vector was determined according to its sector.The predicted voltage vectors were reduced to 8.The d ，q axis current error term was used as the value function to eliminate the current error term of z 1z 2sub-plane ，so as to avoid the setting of weight coefficient.The results show that MPCC can effectively reduce the harmonic current and has good control performance.Key words:dual three phase permanent magnet synchronous motor （DTP-PMSM ）；model predictive current control （MPCC ）；harmonic current suppression ；predictive voltage vector双三相永磁同步电机模型预测电流控制研究宋文祥，任航（上海大学机电工程与自动化学院，上海200444）作者简介：宋文祥（1973—），男，博士，教授，Email ：**************.cn随着电力电子技术、微控制器技术和电机控制理论的发展，以及工业应用场合的需求，多相电机及驱动系统以其低压大功率输出、高可靠性、低转矩脉动的特点吸引了越来越多的学者研究[1-3]。
基于谐波电流注入法的永磁同步电机转矩脉动抑制策略
基于谐波电流注入法的永磁同步电机转矩脉动抑制策略永磁同步电机在磁场均匀度较高的情况下有着极高的效率和性能，但是在转速变化、负载变化等情况下容易出现转矩脉动现象，严重影响电机的运行稳定性和寿命。
针对这一问题，基于谐波电流注入法的永磁同步电机转矩脉动抑制策略被广泛研究和应用。
谐波电流注入法是一种通过注入特定频率的电流来抑制电机转矩脉动的方法。
该方法通过将特定频率的电流信号注入到定子电流控制环的参考电流中，从而抑制电机中谐波电流的产生，降低转矩脉动的幅值。
这种方法可以在不改变永磁同步电机电路结构和运行方式的前提下，有效地降低转矩脉动，提高电机运行的稳定性和性能。
基于谐波电流注入法的永磁同步电机转矩脉动抑制策略的实现需要进行谐波电流注入信号的设计。
通常采用的方式是通过模拟计算和实验测试，确定转矩脉动频率和谐波电流频率，并结合电机参数、控制算法等因素，得出最优的谐波电流注入信号。
然后将该信号与定子电流进行叠加，即可实现转矩脉动的抑制。
需要注意的是，基于谐波电流注入法的永磁同步电机转矩脉动抑制策略存在一定的局限性。
首先，该方法需要根据电机的特性进行谐波电流注入信号的设计，具有一定的工程应用难度。
其次，该方法在一些高速、大负载等特殊工况下可能难以实现对转矩脉动的有效抑制。
因此，在实际应用中需要根据具体情况进行选择，结合其他抑制转矩脉动的方法，实现永磁同步电机的最优性能。
总之，基于谐波电流注入法的永磁同步电机转矩脉动抑制策略是一种有效的抑制转矩脉动的方法，具有一定的工程应用价值。
在实际应用中需要结合电机特性、控制算法等因素进行设计和选择。
未来，该方法还有待进一步研究和优化，以满足不同应用场景下对电机性能的需求。
基于谐波电流注入法的永磁同步电机转矩脉动抑制策略的重新说明
基于谐波电流注入法的永磁同步电机转矩脉动抑制策略的重新说明基于谐波电流注入法的永磁同步电机转矩脉动抑制策略的重新说明在永磁同步电机的应用中，转矩脉动一直是一个令人头疼的问题。
转矩脉动会给机械系统带来不稳定性，影响电机的性能和寿命。
为了解决这个问题，研究者们提出了许多方法，其中基于谐波电流注入法的转矩脉动抑制策略是一个颇具潜力的方案。
谐波电流注入法的基本思想是通过向电机注入一系列特定频率的谐波电流，来抵消掉转矩脉动信号。
这些谐波电流会产生与转矩脉动相同频率但相位相反的转矩，从而使得总的转矩输出保持相对平稳。
在具体实现上，谐波电流注入法可以分为两种方式：逆变器侧注入和电机侧注入。
逆变器侧注入是将谐波电流通过逆变器直接注入到电机的定子侧。
这种方式的优点是实现相对简单，但需要逆变器具备一定的谐波注入能力，且对逆变器的控制和保护要求较高。
电机侧注入则是将谐波电流通过一个专门的谐波注入单元注入到电机的转子侧，无需对逆变器进行改造。
这种方式的优点是灵活性高，对逆变器无特殊要求，但需要一定的硬件投入。
无论哪种方式，谐波电流注入法的实现都离不开对转矩脉动信号的准确测量和分析。
一般来说，我们可以通过电机上安装的转子位置传感器获取转矩脉动信号，然后经过变换和滤波等处理得到我们需要的信号。
在这个过程中，信号处理的准确性对整个系统的性能至关重要。
在应用谐波电流注入法实时抑制转矩脉动时，我们可以按照如下步骤进行操作：1. 利用转子位置传感器获取转矩脉动信号，并进行合理滤波和处理，得到需要注入的谐波电流频率和相位信息。
2. 根据谐波电流的频率和相位信息，控制逆变器或谐波注入单元，通过电机的定子侧或转子侧向电机注入谐波电流。
3. 通过注入的谐波电流，产生与转矩脉动相位相反的转矩，消除或减小转矩脉动。
需要注意的是，谐波电流注入法并不能完全消除转矩脉动，但可以显著减小其幅值。
在实际应用中，我们需要根据具体情况进行参数的调整和优化，以达到最佳的转矩脉动抑制效果。
永磁电机齿槽转矩的谐波分析与最小化设计
第 14卷 第 4期 2010年 4月
电 机 与 控 制 学 报
EL EC TR IC MA CH IN E S AND CON TROL
相等 ,电磁转矩仅由永磁磁链与交轴电流相互作
用产生 ;而在内置式永磁电机中 ,一般交 、直轴电
感不等 ,因此电磁转矩中还包括因转子磁路结构
不对称形成的磁阻转矩 。理想情况下 ,当电机稳
态运行时 ,式 ( 1 )中各变量值保持不变 ,无论哪种
电机的输出转矩都将维持恒定 。但实际上 ,以下
因素导致了电机齿槽转矩的产生 :齿槽导致定子
图 2 电机齿槽转矩波形 F ig. 2 Cogg ing force of the PM m otors
2 齿槽转矩的谐波分析
齿槽转矩可定义为开路条件下气隙的磁场储能
W gap相对于转子位置角 α的导数 ,即
Tcogging
=
-
5W
(α) 5α
gap
。
(2)
由于定 、转子铁心的磁导率很大 ,因此气隙磁场
往往会产生较大波动 。 齿槽转矩 主 要 由 定 子 齿 槽 和 永 磁 磁 极 的 边
端效应引起 ,有限元方法对处理不规则边界问题 非常方便 ,而且计算精确度高 ,目前已广泛应用 于电气工程的各个领域 [ 9 - 10 ] 。因此 ,本文也采用 了有限元方法对电机模型进行分析和计算 。图 1 是用于有限元分析的 2 种三相四极永磁电动机 模型 ,图 1 ( a) 为内置式永磁电机 ( in te rio r p e rm a2 nen t m agnet mo to r, IPM ) ,图 1 ( b) 为表 贴式 永磁 电 机 ( su rface moun ted p erm anen t m agne t mo to r, SPM ) 。
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电流谐波对电机转矩的影响
对于采用正弦控制的三相永磁同步电机来说，理论上电机输入电流和电压应该是理想的正弦波，但是在实际的工程应用中电机电流与电压波形都是近似于正弦波，其中含有大量的高次谐波分量。
实际上绕组采用星型连接的三相永磁同步电机对谐波有一定的抑制效果，三次以及三的倍数次谐波在电机绕组对称的情况下由中性点是可以完全抵消掉，由此，可以避免三次及三的倍数次谐波对电机的影响，但是诸如五次、七次、十一次以及十三次等高次谐波在电机绕组中是确实存在的，这些电流中的高次谐波对电机性能会有一定的影响。
引起电机电流谐波的原因很多，主要包括：永磁磁链的畸变、电机转速变化、电机定子齿槽、电机控制方式以及由电机控制器输出造成的电流畸变等。
对于控制器来说，功率器件的开关频率对电机谐波的产生有着极其重要的影响，比如对于一款极对数为6，最高转速为9000rpm的电机来说，最高转速下电机频率为150Hz，电流频率为900Hz，而控制器中IGBT 的开关频率最高为10K，MOSFET的开关频率最高为100K。
在电机转速为9000rpm时一个电流周期内的IGBT开关次数为11次，其一个周期内开关次数为100次与11次的电流波形如图1所示，从图1可以看出，开关次数为11次的电流波形的谐波是十分明显的。
图1电流波形
由控制器元器件开关频率造成的谐波影响在电机不同转速下是不一样的，对比电机转速从1000rpm到9000rpm对应的一个电流周期内控制器开关次数如表1所示。
表1转速&开关次数
转速（rpm）100020003000400050006000700080009000
开关次数1005033252016141211
从表1可以看出，随着电机转速的不断上升，控制器在一个电流周期内的开关次数逐渐减少，而开关次数的减少必然引起电流谐波的增加，虽然在电路中有滤波电容的存在，但是滤波电容对高次谐波的抑制作用是十分有限的，这充分的说明了一点：电机转速的上升必将导致输入电流谐波分量的增加，而对极对数和转速较高的电机来说这点是无法避免的。
通过对电机的输入电流的傅里叶分析发现，高次谐波与基本具有相同的电气特性（包括相位和幅值），只是在频率上为基波的整数倍。
与电流基波不同的是，电流中的高次谐波不会对电机出力做出贡献，但是实际电流中的高次谐波会使电机转矩波动问题更加突出，而且谐波对电机损耗（尤其是铁耗）有着极为重要的影响。
图2五次谐波转矩
图2所示为一款12极18槽电机在转速为1000rpm时由五次谐波驱动（忽略电流基波的存在）的转矩，从图中可以看出，电机转矩呈现周期变化，而且转矩平均值为0，由此可以断定谐波电流对电机转矩是没有贡献的。
另外，五次谐波与电机转速对应的电流频率不等，造成电机无法输出恒正或者恒负的负载转矩，电机处于一种严重的失步状态，这也从另一方面说明了谐波对电机的影响。
以上分析是基于五次谐波的特例，但七次、十一次以及十三次等高次谐波的影响类似。
由高次谐波引起的周期性转矩频率较高，这些高频率的周期转矩与基波转矩相叠加以后提供给负载，造成电机输出的转矩也具有较高的脉动，而且电机输出转矩的脉动随着转速不断上升而加剧，原因是电机转速越高，更多的高次谐波更加明显。
通过以上分析，充分的说明电流谐波对转矩的影响主要是转矩脉动而非转矩大小，通过谐波分析的方法来研究转矩偏差无异于缘木求鱼，那么引起转矩偏差的原因又会是什么
呢？以下是可能的两个原因，具体原因有待证明。
1、由磁钢材料引起的误差，即实际电机中采用的磁钢材料与FEA 软件中材料参数不一致
（材料本身或者是运输存储过程中的性能改变）。
2、由示波器采集的电流或者是电压值包含谐波成分，而其中的谐波成分又让示波器测试值
高于基波实际值，而实际上谐波成分对电机转矩输出的大小没有贡献。
由于无法定性的分析磁钢在运输和存储过程中的性能变化，而磁钢材料的实际特性需要通过试验的方法来验证，但是目前不具备这样的试验条件，所以从磁钢材料方面分析的话这将是一个无解的问题。
但是，从影响磁钢性能的原因来看主要包含一下方面：磁钢内部结构变化、化学因素、温度、外加磁场、机械作用等，此外包含磁钢本身因素如磁钢尺寸等。
然而在磁钢的运输以及存储过程中的内部结构变化、化学因素影响、温度变化、外加磁场影响和机械震动等因素是无法避免的，但是这些因素对磁钢的影响到什么程度却难以度量，但总的来说，分析电机性能时磁钢性能变化是一个必须考虑的因素。
另一方面，从电流数据的采集进行分析。
示波器采集的电流有效值为实际电流，其中包含电流基波与各种高次谐波，其电流有效值的计算方法如下：
2
sin max
2
max 2I t
dt t I I t =
⋅⋅=
∫∞
=（1）
式中
I 为电流有效值；
max I 正弦波幅值。
则示波器测试到的电流有效值为：
∑=i i all
I I 1
max 21（2）
式中i =1，5，7，11，13……
由于电流中的高次谐波对电机转矩没有贡献，则进行有限元分析转矩时不需要考虑谐波影响，但是通过示波器采集的电流有效值却是含有谐波成分的，也就是说谐波电流会让电流有效值增加，而且在电机高速运行时影响更大，但是其中的一部分有效值对电机转矩实际上是没有贡献的，换句话说，示波器采集的电流有效值并非全部都会产生电机转矩，而其中一
部分有效值是没有作用的，这样就会使得采用示波器所示电流进行FEA做对比分析时出现电机转矩偏高的情况。
下面具体分析电流谐波对有效值的影响，在电流基波幅值为100A和200A时分别添加五次谐波电流分量，谐波电流分量幅值从0变化到50A，其电流实际有效值的分布情况如表2所示。
表2不同谐波含量的电流有效值
谐波(A)
010********基波(A)
10070.71177.78184.85291.92398.994100.606
200141.421148.492155.563162.634169.705176.776从表2可以发现，随着电流中谐波分量幅值的不断上升，电流有效值也相应的增加，而且随着电机转速的上升，各次谐波分量与幅值都会呈现上升趋势，所以谐波影响随着转速的升高不断的加大。
虽然谐波对电流有效值的影响巨大，但是对于转矩却并没有什么影响，表3所示为一款12极18槽电机在基波电流幅值为100A和200A，谐波电流幅值从0增加到50A时的转矩变化情况。
表3谐波电流&转矩
谐波(A)
010********基波(A)
10049.9450.4450.6250.8351.1351.09
20096.1896.5996.9297.1697.2897.30从表3可以看出，随着谐波电流的不断上升，电机转矩并未出现相应比例的增加趋势，而是呈现一种基本恒定的状态，这进也一步说明电流中的谐波分量对电机转矩是没有做出贡献的，但是谐波分量会使得电流有效值增加。
总结
1、由控制器开关频率的限制造成的电流谐波在电机高速运行时更加突出；
2、忽略谐波电流对电机损耗及转矩脉动的影响，谐波电流并不会对电机平均转矩的大小造
成影响；
3、电机电流中的高次谐波不能增加电机转矩，但会使电流有效值增加；
4、磁钢性能在生产、运输以及存储过程中的变化是不可避免的。