逆变器死区效应对永磁同步电机效率的影响

逆变器死区效应对永磁同步电机效率的影响收稿日期 “ 7 8 ; 7 A8B 8B ; CDE DF G877989HI J K LMN OPQMN RS J TP UPM V3 WX Y PQM Z [ Q] _ [ M L‘ a b[ c] PcQb a MNPM[ [ ] PMN d Q]UPMeMf Pg[ L‘ 1 [ chMLbLNi d Q]UPM ’ * ’ j hPMQk l GB9 1 h [ [‘ ‘ [cf L‘ h [ m[ Qm P_ [L M h[L g ng oLbQN[ f QMmc g]] [Mf L‘ h[, V- PMo[ ] [ ] Q] [Q MQbi p[ mPMhPfn Qn[ ] q1 h[[ ‘ ‘ [ c L‘ h [h Q] _ LMPc cg]] [ Mf LM, -. -F f , [] _ QM[ M -Q NM[ . i Mch] LMLgf -L L] [ ‘ ‘ PcP[ MciP ff gmP[ mq3 Mmf L_ [ [ On[ ] P_ [ Mf Q] [ cQ] ] P[ mL gqr 8Hs ; B 死区效应对 A 效率的影响假定逆变器输出电压和绕组反电势中都含有对称的 B 次谐波 根据永磁同步电机简化等效电路 “ 绕组电流中的 B 次谐波可表示为 CDBDBEFDBG/ 3H I 0J , 8式中 “ G/ 为绕组电阻 KJ 为绕组电感 K0 为定子电 流频率 在矢量控制系统中 “定子电流与反电势同相位 “而反电势中各次谐波的相位与基波的相位常相同 “那么死区效应等效电压的各次谐波与反电势中的各次谐波正好反相 CB 可表示为 CB B3F G/ 3, I 0 J 8L , 58式中 “ B 和 F B 分别为逆 变器 输 出 电 压 和 绕 组 反 电势 B 次谐波有效值 当反电势中谐波很小时 “ CB 可近似表示为 CB BG/ 3, I 0 J 8L , M8由于系统采用三相半桥无中线逆变驱动电路 “绕组电流中无 4 的整数倍次谐波电流 由式 , 48和式, M8可见 “绕组中主要有 5 次和 6 次谐波电流 5 次谐波电流产生的旋转磁场相对于定子以 5 倍同步转速反向转而以 M倍同步转速相对于转子旋转 6 次谐波电流产生的磁场相对于定子以 6 倍同步转速正向旋转 “ 即以 M倍同步转速相对于转子旋转 谐波电流不仅在电机绕组中产生附加铜损耗 “ 而且会在永磁体和转轴中产生涡流损耗 谐波磁场产生的损耗随谐波磁场交变频率的升高而增加 当定子电流频率较低时 “ 涡流损耗不明显 “ 当定子电流频率较高时 “ 涡流损耗较明显 “ 影响系统效率 N 实验研究文 中 采 用 了 一台 4O4PQ R4S“ SSSTU VW的高速永磁同步电机进行实验研究 永磁材料采用 X YZ [ “G/ S O1M 5] “ J S O 11U 当电流频率为 444 _R无死区补偿时 “ 电流波形如图 4 所示 电流波形的频谱如图 所示 电流中明显存在 5 次 R6 次谐波 这些谐波分量会在电机定子铁心 R转子中产生涡流损耗 同样的负载和转速下 “ 采用死区补偿时的电流波形如图 5 所示 “ 其频谱如图 M所示 电流中的 5 次 R6次谐波得到明显的抑制 效率曲线如图 6 所示 无死区补偿时的系统效率明显低于有死区补偿的系统效率 JJ LVNO 作 者简介 O徐 永 向 LJ N 男 博 士 研 究 生 研 究 方 向为机电一体化电机及控制技术YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY“L上接第 K页 N有较强的 K 次谐波转矩 “ 怎样削弱这些谐波转矩呢 Z可以从以下几方面着手 “LN尽可能选择合适的磁极形状与尺寸 使转子励磁磁场的波形接近正弦波 以减小谐波分量 [ 和[ “LMN尽量使定子电流逼近理想的正弦波 如采用电流跟踪控制形成 ] _ 波形 “LXN选择适当的每极每相槽数和短矩比 以减小次绕组系数 6 或适当减小 6 “当然纹波转矩中还有齿槽效应转矩和定位力矩的影响 在电机设计时如果采取一些措施 如采用磁性槽楔 斜槽或辅助凹槽都能从一定程度上减弱纹波转矩 “‘ 结 论本文从磁共能的观点出发 推导了表面转子式结构永磁无刷直流电机的纹波转矩公式 指明了纹波转矩的主要谐波是 V 次和 K 次 并给出了削弱这些脉动转矩既可从电机设计着手 如优化永磁体尺寸 减弱转子磁势分量 [ a[ 和减小定子 次绕组系数8U 也 可 以 控 制 方 法上 着手 使定子 电流波 形 接 近理想正弦波 从而为设计生产高性能的永磁无刷直流电机提供有力工具 “参考文献 曹荣昌 方波 5正弦波永磁无刷直流电机及永磁同步电动机结构性能分析 45电机技术 MbbXLNM 艾维超 5电机学 D 5北京 O国防工业出版社 JWW作 者简介 O曹 荣 昌 LJVVN 男 硕 士 研 究 生 副 教 授 研究方向为永磁电机的设计及控制YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY“L上接第 M页 N本文在 P 2B/ D c U - 33 M’ 环境下建立了 T0 D的仿真模型 完成了对 T0 D 系统的仿真研究 “ 仿真结果准确反映了 T0 D 的磁场分布 为电机结构参数优化设计提供依据 “ 电磁参数的分析为建立 T0 D 的非线性模型提供了电磁特性参数 为在其它环境 L如D / 3 dN下 T0 D 建模提供依据 e 电流和转矩反应了T0 D 的基本性能 尤其为如何选择最优的开通角和关断角提供了依据 “参考文献 吴建华 5开关磁阻电机 设 计 与 应 用 D 5北 京 O机 械 工业出版社 MbbbM 王宏华 5新型交流电动机及其控制技术系列讲座 LN开关磁阻电动机 45机械制造与自动化 MbbKLNX 鲁 军 勇 梁 得 亮 等 5基 于 P 2B/ 的 永 磁 直 线 无 刷 直 流电动机的仿真研究 45中小型电机 MbbKLNK TI // T/ / 5P 3f 2*2B ’ 1 3 R - 3 TU*/I R- 0 - 31I / I - D/ 7gh - -7 /75P 2B/ 7A7 / *作 者简介 O周会军 LJ J N 男 电 机 与 电 器 专 业 硕 士 研究生 主要从事开关磁阻电机研究 “iVXi微电机 Mbb 年 第 XW卷 第 V 期 L总第 K 期jj j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j jN