高速永磁同步电机系统谐波产生机制及抑制

本项目针对高速永磁同步电机在驱动控制方面存在的难题，开展了高速永磁同步电机谐波产生机制及抑制方法的研究。从高速电机的谐波产生机制、高速永磁同步电机的功率拓扑结构及其控制方法、高速电机的位置检测方法以及高速永磁同步电机的驱动控制的实现方法等方面开展研究工作，提出了在自然采样脉宽调制算法下的边频带磁链的谐波分析方法作为高速电机系统谐波分析方法，在比对分析基于传统硅器件的PAM和PWM结合的新型功率拓扑结构以及新型碳化硅器件的两电平PWM方法，提出了一种SiC结构的功率器件倍频拓扑结构及其控制方法；提出了基于LPRS的滑模观测器预估反电势方法来提升高速电机位置检测精度和可靠性；并构建了高速永磁同步电机驱动控制电路及测试平台来验证方法的正确性和有效性。 2100433B

高速永磁同步电机系统具有良好的应用前景使其受到越来越广泛的关注。但是高速永磁同步电机系统在谐波抑制方面存在的问题，使得高速永磁同步电机系统的谐波分析、抑制方法以及理论方面提出了新的要求。本申请以高速永磁同步电机系统谐波产生机制及抑制为课题，主要包括：研究高速永磁同步电机谐波分析方法，提出基于边频带磁链的谐波分析方法在线分析电流谐波，并揭示不同采样方式、不同脉宽调制方法对电机谐波的影响机理；分析新型功率器件特性，研究新型多电平功率拓扑电路结构；并根据所提出的拓扑结构，研究基于特定谐波削去法和模型预测控制相结合的脉宽调制技术；研究死区电压以及数字系统延迟的补偿方法，并构建电机驱动一体化的谐波抑制技术。通过研究，掌握高速永磁同步电机谐波的分析方法，形成高速永磁同步电机系统谐波抑制技术的相关理论，进而为实现高性能高速永磁同步电机系统奠定基础。

谐波抑制谐波的概念

谐波是一系列的正弦波，其频率是基波的整数倍这一系列的正弦波中，存在无数种频率不同、幅值不同的频率波，这些正弦波会造成电力系统中的正弦电流以及电力系统电压不对称，对系统造成非常严重的危害

谐波抑制诸波的产生

电力系统向非线性设备以及负荷设备供电时会产生高次谐波电力系统向这些设备传递和供给基波能量的同时，也将一部分的基波能量转换为谐波能量，进而产生高次谐波，这一系列高次谐波导致电力系统中的电压和电流波严重畸变，对电力系统的稳定性和安全性造成巨大的影响、

1．抑制谐波的基本原则

抑制变频器在运行中产生谐波的方法是进行谐波补偿，也就是增加谐波补偿装置，使输入的电流成为正弦波。

2．方法

传统的谐波补偿装置多采用设置LC调谐滤波器的方法来抑制谐波，这种抑制方法既可以抑制谐波，又可以补偿无功功率。不足之处是其补偿特性易受电网阻抗与运行状态的影响，容易与系统产生并联谐振，进而造成谐波放大，容易导致LC调谐滤波器过载，甚至烧坏。

另一方面，LC调谐滤波器仅能补偿固定频率的谐波且补偿效果不甚理想。不过，由于LC调谐滤波器的结构简单、成本较低、设置容易，故仍然被广泛应用。 2100433B

从我国电力系统来看，谐波抑制工作已取得了显著的效果，具体的方法如下

增加整流的相数

针对具有整流元件的设备，可以增加整流相数或者增加整流的脉动数 ，从而有效地抑制频率稍低的谐波当整流相数增加至一倍时，谐波电流将下降4-5倍，大大降低了谐波的数量比如，当整流相数为6相时，谐波电流是基波电流，而当整流相数达到12相时，谐波电流仅是基波电流。

安装交流滤波器

在容易产生谐波的设备上，安装交流滤波器，可以有效降低连接设备的谐波电压，从而抑制电力谐波的产生交流滤波器由不同的元件串联而成，形成一个串联谐振电路，利用其阻抗最小的优势，有效消除高次谐波在运行中，谐波器和滤波器之间是并联关系，不但起到过滤谐波的作用，也为系统提供无功补偿、

装设无功补偿装置

电力系统中存在许多变化极快的谐波源，t匕如机车、电弧炉、轧钢机等，这些设备不但会产生大量的谐波，而且会引起供电电压的不稳定，甚至造成电力系统中电压的不平衡，严重影响电能的质量因此，在产生谐波的谐波源附近，装设无功补偿装置，可以有效减少其产生的谐波的数量，也可以保持系统电压的稳定和平衡目前，这种方法已取得较好的效益，得到了普遍的应用、

使用新型的有源电力滤波器

有源电力滤波器是最新研制出的一种谐波滤波器，与传统的无源滤波器有本质的区别、有源电力滤波器不仅能够吸收固定频率的谐波，也能对处于动态变化的谐波以及无功进行补偿有源电力滤波器在工作时，可以从补偿对象中检测出谐波电流，并产生一个与之相等但极性相反的补偿电流，两者互补之后，电网电流中仅剩下基波分量、有源电力滤波器不仅能对动态变化的谐波进行补偿，而且在补偿时不会受到电网阻抗的影响，因此，在实际应用中得到高度重视，被广泛使用 。