[发明专利]一种基于碳化硅逆变器的电机减振降噪方法

说明书

本发明提供了一种基于改进SVPWM技术消除逆变器谐波的永磁同步电机减振降噪方法。本发明涉及的一种基于改进SVPWM的技术的永磁同步电机减振降噪系统。其特征在于，包括步骤:S1.阐述改进后的九段式SVPWM技术的矢量合成顺序，参见摘要附图；S2.采用高性能半导体器件来代替传统器件作为逆变器的功率开关；S3.将前两个步骤结合分析开关管开关损耗；S4.分析消除奇次PWM频率谐波，减小PWM频率谐波分量的原理。本发明通过采用复合材料SiC制成的功率半导体器件作为逆变器的开关管和改进的SVPWM技术相结合对永磁同步电机进行减振降噪，减小PWM频率谐波分量，消除奇次PWM频率的谐波，从而减小转矩脉动，减小电机的噪声。

技术领域

本发明基于碳化硅功率器件构成的逆变器，涉及一种改进的空间矢量调制方法，可应用于永磁同步电机控制领域，该空间矢量脉宽调制方法通过改变有效矢量的分段和合成时序实现，能够减小逆变器带来的PWM频率谐波分量，消除奇次PWM频率谐波。

背景技术

永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)具有结构简单，体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点，主要用于要求响应快速、调速范围宽、定位准确的工业制造、智能机器人、新能源汽车等领域上。电动汽车驱动电机在设计时追求高功率密度、轻量化以及宽调速范围，同时也会存在电机结构复杂，结构刚度较差，容易产生较大的电磁振动噪声的问题。因此，电动汽车驱动用永磁同步电机在设计时不仅需要满足电磁参数指标，振动和噪声也成为一项重要的性能指标。

抑制PWM谐波并不是一个孤立的问题，其与开关频率、电路拓扑和PWM技术实现的复杂程度、外围附加电路以及系统控制特性等因素相互制约。所以在研究抑制PWM谐波的方法时，不仅需要顾及降低PWM谐波幅值还要从以上几个方面进行综合性地考究。因此国内外学者为实现永磁同步电机减振降噪，提出了许多减小逆变器谐波的方法：零电压矢量随机分布(RZD-PWM)、随机脉冲中心位移(RCD-PWM)、单独随机脉冲位置PWM(SRP-PWM)、随机开关频率PWM(RSF-PWM)和可变延迟随机PWM(VDR-PWM)等。在上述常规RPWM方法中，RSFPWM对高频谐波扩散和减振效果显着，但是PWM谐波向低频方向移动，导致PWM谐波幅值增大；在双三相永磁同步电机的应用中，提出了磁耦合电感的交错技术和相移PWM技术，但需要两个逆变器。随机载波频率技术能够使载波频率附近的PWM谐波峰值降低9-10dB，但是被分散的PWM谐波有可能处于系统共振频率附近而导致系统共振载波频率会使系统控制特性下降；随机变化的载波频率会使系统控制特性下降；PWM谐波会向低频方向移动，增大低频区域的电流谐波与噪声等的缺点。利用正弦波滤波器来减小逆变器带来的振动噪声，但是滤波器具有巨大的体积、对基波分量的阻抗、额外的基波损耗以及恶化控制特性等缺点。此外还有多电平逆变器技术，由于多电平逆变器的器件较多，拓扑与PWM技术相对复杂，其容错能力相对较差，多电平逆变器的优势在中高电压应用场合能够得到很好地体现，在中低压应用中的优势并不明显。

基于以上存在的问题，需要一种体积小、结构简单、低频PWM谐波较小、控制特性较好，并且能够在逆变器的开关损耗较小的基础上，减小逆变器带来的PWM频率谐波分量的技术，从而减小由逆变器供电带来的振动噪声问题，能够使永磁同步电机更好的在工业中应用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种采用高性能半导体器件作为逆变器开关器件的改进式SVPWM控制技术，该技术能够使永磁同步电机在损耗基本不变的情况下，减小谐波分量，消除奇次PWM频率谐波以及奇次谐波带来的振动与噪声，具体方案如下：

一种基于碳化硅功率器件构成的逆变器，采用改进式SVPWM控制技术的永磁同步电机减振降噪方法，包括以下步骤：

(1)根据传统的SVPWM策略，将六个有效工作矢量分为对称的六个扇区，这六个有效工作矢量分别为u1(100)、u2(110)、u3(010)、u4(011)、u6(101)，以及两个零矢量u0(000)、u7(111)；