[发明专利]一种抑制低压大功率多相变频电机高频振动系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑制高频振动系统及方法，尤其是涉及一种抑制低压大功率多相变频电机高频振动系统及方法。

背景技术

现代交流传动系统，大都采用PWM(Pulse Width Modulation)电压源逆变器供电。逆变器输出为一系列等幅值脉冲序列，除了包含需要的基波分量之外，还包含一系列开关频率及其倍数次边频带谐波分量。该电压施加到电机绕组端，产生高频电磁激振力，进而激发电机高频振动。对于大功率的交流电气传动系统，由于设备容量较大，高频振动问题突出，且高频振动通过电机结构传递出去形成高频噪声，带来严重噪声污染。

对于高频振动噪声的处理，目前主要有提高PWM开关频率、加装输出滤波器以及采用随机调制等方法，但这些方法在低压大功率交流传动领域应用受到限制，主要体现在：a）提高PWM开关频率可有效抑制PWM逆变器输出的高频电流谐波分量，进而降低高频振动噪声，但对于低压大功率交流传动系统，考虑到器件特性、装置效率、重量及设备可靠性，开关频率受到限制，不能采用此种方法达到抑制高频振动噪声的效果；b）变频器输出端加装输出滤波器，能够将输出电压序列中高次谐波滤除，但是滤波器的体积重量相当可观，同时滤波器也是一种振动噪声源，对于低压大功率传动场合，这种方法应用受到极大限制；c）随机PWM调制方法，是将局部集中的高频振动噪声特征分散为一定频率内的特征谱，但是由于振动能量无明显变化，实际研究表明对高频振动加速度总量级无明显改变。

针对PWM供电的低压大功率电机，本发明提出一种抑制高频振动的方法，可有效抑制高频振动。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种抑制低压大功率多相变频电机高频振动系统，包括两台三相电压源逆变器及双三相电机；其中双三相电机每套三相绕组为Y型连接，两个三相中性点相互隔离；电压源逆变器由两台相同三相逆变器组成，各桥臂输出端与电机输出相连接，两台逆变器采用共母线形式。

一种抑制低压大功率多相变频电机高频振动的方法，包括电流/位置采样步骤；转速调节步骤；磁场调节步骤；电流调节步骤以及PWM调制步骤；具体方法是：经过转速调节及磁场调节，得到转矩、磁场电流分量给定值；采样电流经过坐标变换之后得到反馈电流，经过电流调节得到给定电压；给定电压经过坐标变换之后，经过PWM调制，得到功率开关器件控制信号，用于控制功率器件开通和关断，使电压源逆变器输出适当电压，实现电机调速运行；PWM调节受到载波调节控制，调节输出电压中高频谐波相位，通过调节两台逆变器输出电压中高频谐波相位，抑制高频电磁激振力，降低高频振动噪声。

因此，本发明具有如下优点：可有效降低电机高频振动，减小噪声，适用于大功率工业电气传动、轨道交通以及船舶电力推进等领域。

附图说明

图1双三相电机及逆变器系统拓扑结构图

图2 控制系统框图

图3 双三相电机系统1/3倍频程振动加速度图谱。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

一、首先介绍一下本发明所涉及的理论基础。

变频电机的高频振动主要是由电磁力波激发，特别是电机气隙中的径向麦克斯韦力，该作用力是定子磁场与转子磁场作用产生的，力波次数低，幅值大，激发的振动噪声较大。

作用于电机定子上麦克斯韦力可以用气隙中压力分布表征，气隙中压力分布可以表示为：

                                         （1）

上式中，Bg和μ₀分别表示气隙中径向磁感应强度和空气磁导率。其中气隙中径向磁感应强度又可以表示为：

            （2）

表示磁导，f_mm表示为磁动势。因此，当改变磁动势时，会引起气隙中径向磁感应强度变化，从而导致系中径向压力发生变化，从而影响电机振动噪声，对于变频电机，主要是其中高频分量的变化。

采用变频供电的三相桥逆变器，其输出线电压可以表示为：

  （3）

其中：

M 表示调制比；

θ_c表示载波角度；

J_n表示n阶贝赛尔函数；