电流谐波分量对永磁同步电机转矩的影响
6页1、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。弓I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1
2、00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。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
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