高速永磁同步電機(jī)系統(tǒng)諧波產(chǎn)生機(jī)制及抑制

本項(xiàng)目針對高速永磁同步電機(jī)在驅(qū)動控制方面存在的難題，開展了高速永磁同步電機(jī)諧波產(chǎn)生機(jī)制及抑制方法的研究。從高速電機(jī)的諧波產(chǎn)生機(jī)制、高速永磁同步電機(jī)的功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法、高速電機(jī)的位置檢測方法以及高速永磁同步電機(jī)的驅(qū)動控制的實(shí)現(xiàn)方法等方面開展研究工作，提出了在自然采樣脈寬調(diào)制算法下的邊頻帶磁鏈的諧波分析方法作為高速電機(jī)系統(tǒng)諧波分析方法，在比對分析基于傳統(tǒng)硅器件的PAM和PWM結(jié)合的新型功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及新型碳化硅器件的兩電平PWM方法，提出了一種SiC結(jié)構(gòu)的功率器件倍頻拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法；提出了基于LPRS的滑模觀測器預(yù)估反電勢方法來提升高速電機(jī)位置檢測精度和可靠性；并構(gòu)建了高速永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制電路及測試平臺來驗(yàn)證方法的正確性和有效性。 2100433B

高速永磁同步電機(jī)系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景使其受到越來越廣泛的關(guān)注。但是高速永磁同步電機(jī)系統(tǒng)在諧波抑制方面存在的問題，使得高速永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的諧波分析、抑制方法以及理論方面提出了新的要求。本申請以高速永磁同步電機(jī)系統(tǒng)諧波產(chǎn)生機(jī)制及抑制為課題，主要包括：研究高速永磁同步電機(jī)諧波分析方法，提出基于邊頻帶磁鏈的諧波分析方法在線分析電流諧波，并揭示不同采樣方式、不同脈寬調(diào)制方法對電機(jī)諧波的影響機(jī)理；分析新型功率器件特性，研究新型多電平功率拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)；并根據(jù)所提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，研究基于特定諧波削去法和模型預(yù)測控制相結(jié)合的脈寬調(diào)制技術(shù)；研究死區(qū)電壓以及數(shù)字系統(tǒng)延遲的補(bǔ)償方法，并構(gòu)建電機(jī)驅(qū)動一體化的諧波抑制技術(shù)。通過研究，掌握高速永磁同步電機(jī)諧波的分析方法，形成高速永磁同步電機(jī)系統(tǒng)諧波抑制技術(shù)的相關(guān)理論，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)高性能高速永磁同步電機(jī)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

諧波抑制諧波的概念

諧波是一系列的正弦波，其頻率是基波的整數(shù)倍這一系列的正弦波中，存在無數(shù)種頻率不同、幅值不同的頻率波，這些正弦波會造成電力系統(tǒng)中的正弦電流以及電力系統(tǒng)電壓不對稱，對系統(tǒng)造成非常嚴(yán)重的危害

諧波抑制諸波的產(chǎn)生

電力系統(tǒng)向非線性設(shè)備以及負(fù)荷設(shè)備供電時會產(chǎn)生高次諧波電力系統(tǒng)向這些設(shè)備傳遞和供給基波能量的同時，也將一部分的基波能量轉(zhuǎn)換為諧波能量，進(jìn)而產(chǎn)生高次諧波，這一系列高次諧波導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的電壓和電流波嚴(yán)重畸變，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性造成巨大的影響、

1．抑制諧波的基本原則

抑制變頻器在運(yùn)行中產(chǎn)生諧波的方法是進(jìn)行諧波補(bǔ)償，也就是增加諧波補(bǔ)償裝置，使輸入的電流成為正弦波。

2．方法

傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置多采用設(shè)置LC調(diào)諧濾波器的方法來抑制諧波，這種抑制方法既可以抑制諧波，又可以補(bǔ)償無功功率。不足之處是其補(bǔ)償特性易受電網(wǎng)阻抗與運(yùn)行狀態(tài)的影響，容易與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振，進(jìn)而造成諧波放大，容易導(dǎo)致LC調(diào)諧濾波器過載，甚至燒壞。

另一方面，LC調(diào)諧濾波器僅能補(bǔ)償固定頻率的諧波且補(bǔ)償效果不甚理想。不過，由于LC調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、設(shè)置容易，故仍然被廣泛應(yīng)用。 2100433B

從我國電力系統(tǒng)來看，諧波抑制工作已取得了顯著的效果，具體的方法如下

增加整流的相數(shù)

針對具有整流元件的設(shè)備，可以增加整流相數(shù)或者增加整流的脈動數(shù) ，從而有效地抑制頻率稍低的諧波當(dāng)整流相數(shù)增加至一倍時，諧波電流將下降4-5倍，大大降低了諧波的數(shù)量比如，當(dāng)整流相數(shù)為6相時，諧波電流是基波電流，而當(dāng)整流相數(shù)達(dá)到12相時，諧波電流僅是基波電流。

安裝交流濾波器

在容易產(chǎn)生諧波的設(shè)備上，安裝交流濾波器，可以有效降低連接設(shè)備的諧波電壓，從而抑制電力諧波的產(chǎn)生交流濾波器由不同的元件串聯(lián)而成，形成一個串聯(lián)諧振電路，利用其阻抗最小的優(yōu)勢，有效消除高次諧波在運(yùn)行中，諧波器和濾波器之間是并聯(lián)關(guān)系，不但起到過濾諧波的作用，也為系統(tǒng)提供無功補(bǔ)償、

裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置

電力系統(tǒng)中存在許多變化極快的諧波源，t匕如機(jī)車、電弧爐、軋鋼機(jī)等，這些設(shè)備不但會產(chǎn)生大量的諧波，而且會引起供電電壓的不穩(wěn)定，甚至造成電力系統(tǒng)中電壓的不平衡，嚴(yán)重影響電能的質(zhì)量因此，在產(chǎn)生諧波的諧波源附近，裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置，可以有效減少其產(chǎn)生的諧波的數(shù)量，也可以保持系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定和平衡目前，這種方法已取得較好的效益，得到了普遍的應(yīng)用、

使用新型的有源電力濾波器

有源電力濾波器是最新研制出的一種諧波濾波器，與傳統(tǒng)的無源濾波器有本質(zhì)的區(qū)別、有源電力濾波器不僅能夠吸收固定頻率的諧波，也能對處于動態(tài)變化的諧波以及無功進(jìn)行補(bǔ)償有源電力濾波器在工作時，可以從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，并產(chǎn)生一個與之相等但極性相反的補(bǔ)償電流，兩者互補(bǔ)之后，電網(wǎng)電流中僅剩下基波分量、有源電力濾波器不僅能對動態(tài)變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償，而且在補(bǔ)償時不會受到電網(wǎng)阻抗的影響，因此，在實(shí)際應(yīng)用中得到高度重視，被廣泛使用 。