[发明专利]一种基于谐波电流注入的励磁绕组感应脉动电压抑制方法

说明书

本发明公开一种基于谐波电流注入的励磁绕组感应脉动电压抑制方法，所述抑制方法包括以下步骤：构建同步电机包括谐波电流注入模块在内的电枢绕组控制电路和励磁绕组控制电路模型；对同步电机励磁绕组感应脉动电压进行谐波分析，找出其中主要的电压谐波阶次；定性推导励磁绕组感应脉动电压谐波阶次与注入谐波电流阶次的对应关系，考虑同步电机非线性因素的影响，通过有限元仿真软件优化注入指定阶次谐波电流的幅值与相位。本发明抑制方法通过注入电枢绕组谐波电流与电枢绕组和励磁绕组互感相互的作用，从而产生附加励磁绕组磁链分量，来抵消励磁绕组中原有的谐波磁链分量，进而达到抑制励磁绕组感应脉动电压的目的。

技术领域

本发明涉及电机驱动与控制技术领域，具体是一种基于谐波电流注入的励磁绕组感应脉动电压抑制方法。

背景技术

随着电机行业的发展，永磁同步电机由于不需要外界提供能量即可为电机提供足够强度的励磁磁场，因此其以高效率的特点被广泛应用于包括电动汽车、风力发电、家用电器、工业机器人等领域。但稀土永磁材料价格昂贵且供应不稳定，并且存在不可逆退磁、弱磁调速性能较差、故障灭磁困难等缺点。与永磁同步电机不同，电励磁同步电机使用励磁绕组代替永磁体为电机提供励磁磁场，从而避免了永磁材料的使用，克服了永磁同步电机的固有缺陷。但电励磁同步电机在运行状态下，其励磁绕组中会感应出脉动电压，从而造成励磁绕组电流的波动即励磁磁场的脉动，这不仅会影响包括电枢绕组电压正弦度、转矩脉动、损耗和效率在内的电机性能，也会影响励磁电源的可靠性。

关于抑制励磁绕组感应脉动电压的方法，传统的方法是从电机的本体设计出发，通过优化电机结构参数，减少电机气隙中的磁导谐波，从而达到抑制励磁绕组感应脉动电压的目的，比如采用转子(分段)斜极结构、转子轴向配对结构、转子不均匀齿槽结构或双三相电枢绕组结构，励磁绕组型式优化(单层/双层励磁绕组及其并联支路数优化)，转子极弧角优化，定转子槽开口尺寸优化以及转子外径优化设计等等。该类针对电机本体尺寸参数的方法在实际工业化生产过程中会增加制造成本，因此具有一定的局限性，现提出一种基于谐波电流注入的励磁绕组感应脉动电压抑制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于谐波电流注入的励磁绕组感应脉动电压抑制方法，从电机控制侧出发，在不改变电机本体参数的前提下，向电机电枢绕组注入指定阶次的谐波电流和电枢绕组与励磁绕组互感相互的作用，从而产生附加的磁链分量，来抵消励磁绕组中原有的谐波磁链分量，进而达到抑制励磁绕组感应脉动电压的目的，该方法适用于所有电励磁同步电机或混合励磁同步电机，无需改变电机的本体尺寸参数，只需在电机控制器中修改相应的控制软件即可，简单易行。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于谐波电流注入的励磁绕组感应脉动电压抑制方法，所述抑制方法包括以下步骤：

步骤一：基于电机本体尺寸参数构建同步电机二维电磁有限元模型。

步骤二：构建同步电机包括谐波电流注入模块在内的电枢绕组控制电路和励磁绕组控制电路模型。

步骤三：通过有限元仿真结果或者实测数据，采用傅立叶分解法对同步电机励磁绕组感应脉动电压进行谐波分析，找出其中主要的电压谐波阶次；

步骤四：定性推导励磁绕组感应脉动电压谐波阶次与注入谐波电流阶次的对应关系，找出指定注入的谐波电流阶次。

步骤五：考虑同步电机非线性因素的影响，通过有限元仿真软件优化注入指定阶次谐波电流的幅值与相位。

进一步的，所述电励磁同步电机由定子、转子和绕组组成，定子与转子之间存在气隙，电枢绕组嵌在定子槽内，励磁绕组嵌在转子齿上或转子上，绕组通入直流电流产生励磁磁场。

进一步的，所述步骤二中控制电路模型包括电流闭环控制模块、电枢绕组供电用电压源型或电流源型逆变器、励磁绕组供电用变换器、谐波电流的产生和注入模块。