基于谐波提取器的永磁同步电机谐波抑制方法*

金 石 朱 熙 金无痕 张凤阁

(沈阳工业大学电气工程学院 沈阳 110870)

1 引言

永磁同步电机因其效率高、功率密度高、气隙磁通高、控制结构简单等特点而广泛应用于数控机床、电力传动及航空航天等场合。然而由于电机绕组分布形式、齿槽效应以及逆变器死区效应等非线性因素会使电机定子绕组电流产生谐波，使电机转矩、转速产生波动，增大了电机的额外损耗，影响电机运行的稳定性。

永磁同步电机定子绕组电流谐波的类型分为两类：时间谐波和空间谐波。时间谐波是由逆变器非线性因素如死区效应和开关管压降引起的；空间谐波是由电机结构如绕组分布形式，磁路饱和效应等因素引起的。永磁同步电机电流谐波以 6k±1 次谐波形式存在，其中主要以5、7 次谐波含量较高。针对电机定子电流存在谐波的问题，国内外学者主要从两个方面来进行谐波抑制的研究工作。一是从电机控制策略来入手，通过谐波补偿策略来进行谐波抑制，主要抑制策略包括谐波电压补偿法、多旋转PI(Proportion integration,PI)控制[1-2]、复矢量控制[3]、重复控制[4-5]、自抗扰控制[6]、比例谐振控制[7-9]；二是从电机本体结构入手，如斜槽[10]，优化永磁体形状、磁路及定子绕组类型来达到电流谐波抑制的目的。其中谐波电压注入是最为广泛的一类谐波抑制策略，谐波电压注入的主要问题在于谐波电流的检测，因为传统的PI 控制器不能对交流量进行无误差跟踪，因此对于交流信号的提取，一般从两种角度来考虑，一种是根据谐波在对应次数的旋转坐标系下表现为直流量，通过坐标变换把谐波交流分量转换为直流分量，再通过低通滤波器来获得谐波直流分量；……