[发明专利]利用电流谐波抑制表贴式永磁同步电机转矩波动的方法

权利要求书

1.利用电流谐波抑制表贴式永磁同步电机转矩波动的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对表贴式永磁同步电机反电动势波形进行傅里叶分解，获得反电动势谐波的分布频谱和各次谐波的幅值大小；

2)将非正弦电流表示成傅里叶级数形式，基于三相反电动势和电流傅里叶级数表达式求解电磁转矩模型；

3)根据电磁转矩谐波成分不同进行分类，求解各类电磁转矩波动最小时电流谐波满足的条件；根据电磁转矩谐波成分不同进行分类，如下：

将永磁同步电机非正弦的三相反电动势和电流代入电磁转矩模型中，可得：

T_em＝T₁+T₂+T₃+T₄ (4)

其中，

即将电磁转矩分为T₁，T₂，T₃，T₄四类，T₁是由电机基波反电动势和基波电流作用产生的恒定的电磁转矩；T₂是由谐波反电动势和基波电流作用产生的电磁转矩分量；T₃是基波反电动势与谐波电流作用产生的电磁转矩分量；T₄是由谐波反电动势和谐波电流产生转矩分量；T_em为电磁转矩，E₁为反电动势基波幅值；ω为电机电角速度；ω_r为电机旋转机械角速度，t为时间；v为反电动势谐波次数，且v≠1；E_v为v次反电动势谐波分量对应的幅值；α_v为v次反电动势谐波分量的初始相位角；k_ev为v次谐波反电动势向量旋转方向的系数，其值为1或-1，k_ev＝1代表v次谐波反电动势向量旋转方向与基波旋转方向相同，k_ev＝-1代表v次谐波反电动势向量旋转方向与基波旋转方向相反；I₁为电流基波幅值；ψ₁为电机内功率因数角；u为电流谐波次数，且u≠1；I_u为u次电流谐波分量对应的幅值；β_u为u次电流谐波分量的初始相位角；k_iu表示u次谐波电流相量旋转方向的系数，其值为1或-1，k_iu＝1代表u次谐波电流相量旋转方向与基波旋转方向相同，k_iu＝-1代表u次谐波电流相量旋转方向与基波旋转方向相反；

所述求解各类电磁转矩波动最小时电流谐波满足的条件，如下：

由于T₂和T₃特征相似，且单独不可能为0，因此将T₂+T₃作为一组，T₄单独作为一组单独进行分析：

1)若令T₂+T₃＝0，即

可知，当任意v＝u且k_ev＝k_iu时，若

且β_u＝±π-ψ₁+α_v

即当电流所含谐波分量的次数与反电动势谐波次数相同，电流谐波幅值比例与反电动势谐波幅值比例一致，且任意次电流谐波初始相位角满足β_u＝±π-ψ₁+α_v时，T₂与T₃两项产生的转矩波动可完全消除；

2)若令T₄＝0且k_evv≠k_iuu，即

当k_evv＝k_iuu时，T₄中的各分量均不为0，无法自行消除，因此仅能通过对应谐波产生的转矩分量进行相互抵消，即令任意两次反电动势谐波v₁、v₂分量和相应两次电流谐波u₁、u₂分量引起的转矩波动之和为0，如下：

当任意u₁＝v₁、v₂＝u₂且k_ev1＝k_iu1、k_ev2＝k_iu2时，若满足条件

且

即当任意两次电流所含谐波分量的次数与相应两次反电动势谐波次数相同，该两次电流谐波幅值比例与反电动势谐波幅值比例一致，且该两次电流谐波初始相位角满足上述关系时，T₄产生的转矩波动可被完全消除，此时电磁转矩的平均值将保持不变；

4)根据反电动势谐波特点判断电磁转矩波动的主要来源，确定电流谐波次数、幅值和相位；具体如下：

由于永磁同步电机三相绕组结构对称，在定子圆周上互相错开120°电角度分布，反电动势中不含有偶数次以及3的倍数次谐波，因此v＝5、7、11、13……，即反电动势仅含有6k±1次谐波，其中k＝1，2，3……，且6k-1次谐波反电动势向量的旋转方向与基波相反，k_ev＝-1，而6k+1次谐波反电动势向量的旋转方向与基波相同，k_ev＝1；同样，电流谐波次数也应为u＝5、7、11、13……，且当u＝6k-1时k_iu＝-1，当u＝6k+1，时k_iu＝1；

由于各电磁转矩波动分量大小均与反电动势谐波幅值和电流谐波幅值的乘积成正比，而一般情况下，反电动势和电流基波幅值要远大于谐波幅值，且谐波中5、7次谐波幅值最大，因此由基波与5、7次谐波产生的电磁转矩波动分量要大于其余电磁转矩波动分量，所以判断反电动势中5、7次谐波和基波产生电磁转矩波动为主要来源，

在此基础上，给定三相绕组电流为：

其中，

I₅＝E₅I₁/E₁；β₅＝π-ψ₁+α；I₇＝E₇I₁/E₁；β₇＝π-ψ₁+α₇；

5)将含有所述步骤4)确定的含有谐波的三相绕组电流通入表贴式永磁同步电机三相绕组中，抑制电机电磁转矩波动，具体为，

将式(12)进行坐标变换，得到d轴电流分量I_d与q轴电流分量I_q，分别为：

然后，将式(13)给定到电机控制器中，再通过电流闭环控制使得电机定子电流中注入适当5次和7次谐波，实现谐波电流注入。