车用永磁同步驱动电机振动噪声控制策略研究

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车用永磁同步驱动电机振动噪声控制策略研究

【摘要】： 随着电动车的快速发展,驱动电机的研究与发展也得到了广泛的重视。其中,永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小以及效率高等诸多优点,因此得到了普遍应用。由于目前通常采用逆变器将车载电源的直流电转变为永磁同步电机需要的三相交流电,导致电机定子电流中含有大量的谐波电流,致使电机定子气隙磁场中也产生大量的谐波。尤其是在逆变器开关频率附近此问题尤为突出,电流高次时间谐波在气隙磁场中产生高速旋转的空间谐波,显著影响电机气隙磁场中径向电磁力波的幅值和次数,并且可能导致电磁激振力频率与电机某些模态的固有频率接近而发生共振引起电机振动和噪声的增大。本文结合某公司的课题项目,以表贴式永磁同步电机为研究对象,重点开展了永磁同步电机矢量控制策略以及扩频调制策略的研究。主要分析了固定开关频率、周期开关频率、随机开关频率以及混合随机开关频率四种不同调制策略下电机定子电流的谐波成分。仿真结果显示,四种不同控制策略下的电流经过FFT分析表明,经过扩频调制后的控制策略对开关频率处的谐波幅值有明显的削弱,并且对不同的调制比和不同的扩频宽度对扩频效果的影响进行了详细分析。三种不同的扩频优化策略对定子电流谐波幅值的削弱作用差距不明显,周期开关频率的扩频效果略微较好。对电机的振动与噪声测试结果同样表明扩频优化策略能够大幅度降低电机在开关频率处的振动与噪声幅值大小,其中电机在周期开关频率控制策略下的实验结果显示振动与噪声幅值波动较大且发散,因此综合评价表明随机开关频率控制策略减振降噪效果较好。本文的主要研究内容如下:1.永磁同步电机控制策略的建模分析永磁同步电机的矢量控制策略以及SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)的原理,针对本文选择的表贴式永磁同步电机类型,选择id=0控制策略。基于软件MATLAB/SIMULINK对该矢量控制策略进行建模仿真,通过分析定子电流以及转速的跟随情况确定模型的准确性。2.永磁同步电机谐波磁场与径向电磁力的研究着重采用解析法对电机在正弦波供电和逆变器供电时对定转子的磁场产生的影响做出了具体分析,研究由于逆变器的引用导致气隙磁场以及径向电磁力的变化,而径向电磁力是引起电机振动与噪声的主要来源。因此逆变器的引用导致谐波的引入是引起电机产生振动与噪声的主要原因之一。3.扩频调制策略的理论与仿真分析对固定开关频率调制策略下的电机定子电流仿真结果进行FFT变换,分析该控制策略下的电流谐波幅值以及频率大小。在此基础之上,分析周期开关频率、随机开关频率以及混合随机开关频率的调制原理并进行建模仿真,对比以上四种不同调制策略下的电机定子电流经过FFT变换之后的谐波幅值及频率。4.扩频调制策略的实验验证基于MicroAutoBoxⅡ设备进行快速控制原型的试验,软件方面结合SIMULINK与ControlDesk验证前期经过建模仿真的控制策略在生成代码之后在设备中运行的可靠性,试验中电机转速跟随可靠,证明控制策略在硬件中运行稳定无误。基于噪声与振动测试平台LMS Test.Lab在半消声实验室内对四种不同调制策略下稳态运行的电机进行噪声与振动测试,分析对比仿真以及试验结果。本文的研究意义在于分析了扩频调制策略对电流谐波幅值的影响,对不同扩频策略的理论进行了详细阐述并且进行了建模及仿真,并且在半消声实验室进行了电机的噪声与振动测试试验,进一步验证了扩频策略的有效性以及仿真与实验的一致性。

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019

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