谐波扰动下PWM边带谐波特性分析

配电网背景谐波以及系统中并联运行的电力电子设备开关次谐波等宽频带谐波分量,可经电压、电流采样后进入电力电子变换器控制系统,并传递至脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)环节。在边带效应作用下,PWM输出量中将产生一系列与扰动谐波频率相关的次生边带谐波,加剧电力电子变换器输出波形的谐波畸变,已成为电力电子化配电网谐波污染的重要来源之一。为此,针对五种典型PWM调制方式,分别建立了考虑谐波扰动影响的PWM边带谐波分析模型;提出了适用于谐波扰动影响下PWM谐波性能分析的改进总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)评价指标;最后,基于数学模型与所提ITHD指标,分析了采样方式、载波形式以及扰动谐波幅值等因素对谐波扰动下PWM输出波形中边带谐波发射特性的影响规律。

基于Markov链随机脉宽调制的永磁同步电机高频边带谐波与声振响应抑制

基于Markov链算法的随机脉宽调制(RPWM)技术,以电动汽车驱动用永磁同步电机(PMSM)为研究对象,对高频边带电流谐波及声振响应的抑制效果进行研究。首先,基于dSPACE半实物仿真系统和12极/10槽永磁同步样机,对空间矢量脉宽调制(SVPWM)所引入的边带电流谐波与径向电磁力进行解析与频谱阶次分布特征识别。其次,对常规RPWM的随机数性能进行分析,提出多状态Markov链随机数产生原理与实现方法,并结合粒子群(PSO)算法对转移概率和随机增益两种随机参数进行快速寻优。最后,进行稳态工况与不同转速工况的实验验证,相比于RPWM结果表明,经过多状态Markov链优化后所生成的随机数分布更加均匀且对称,边带电流谐波与声振响应均呈现出更好的抑制效果。

考虑逆变器谐波耦合的牵引传动系统机电耦合振动特性研究

作为牵引传动系统能量转换的关键部件,牵引电机在电气激励作用下会受到各种冲击载荷和周期激振力的作用,从而产生机电耦合振动,威胁牵引传动系统的可靠运行。对此,基于双惯量模型对牵引传动系统机电耦合振动特性开展研究。首先,建立牵引电机的双惯量模型,依据此模型对其固有频率进行计算,并介绍了机械传动系统的同频受迫振动模态。其次,根据逆变器的开关特性,着重分析了脉宽调制(PWM)导致的边带谐波转矩对机电耦合同频共振的影响,探索逆变器的频率耦合产生的间谐波对机电耦合系统的影响。接着,以传递函数的形式对考虑双惯量负载的牵引传动系统进行建模,从频域角度对系统机电耦合共振特性进行理论分析。最后,利用硬件在环测试对所分析结果进行验证。

基于周期谐波扩频调制的永磁同步电机高频边带声振抑制

该文以电动汽车后桥驱动用12槽-10极永磁同步电机及其控制系统为研究对象,基于周期谐波扩频调制技术,对常规空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术所引入的边带谐波成分与高频声振响应进行抑制与优化研究。分析了边带电流谐波频谱与径向电磁力主要的阶次特征分布。建立了完整的谐波扩频功率谱解析模型,对锯齿波和正弦波两种典型的周期信号进行了理论解析,并分析了扩频宽度和调制因子对抑制效果的影响。通过样机及测控实验平台,对不同工况下的边带电流谐波和声振响应进行了验证。结果表明,周期谐波扩频调制能够有效抑制边带电流谐波,多转速工况下噪声响应的中心频带优化20dBA以上;锯齿波扩频调制的抑制效果优于正弦波扩频调制;正弦波扩频调制对扩频宽度的变化较为敏感。

大功率极低频电源谐波传导分析

极低频(ELF)电源在地下资源探测、地震预测和军事通信等领域发挥着重要作用。然而,极低频电源逆变侧产生的低频谐波分量难以被滤除,将在逆变侧输入端形成纹波电压,恶化极低频电源的输出谐波特性。低频谐波分量还将渗透直流滤波网络向整流侧和电网传导,造成整流输出端电感电流波动,并在网侧电流基波和特征次谐波附近产生低频相关的边带谐波。建立了极低频电源的数学模型,重点关注逆变侧输入端电容电压和整流侧输出端电感电流,对低频谐波传导进行了分析,并对理论分析进行了仿真验证。

基于不连续脉宽调制永磁同步电机边带声振响应数值预测

以轻型电动汽车驱动用永磁同步电机为研究对象,针对不连续脉宽调制策略所引入的边带谐波成分,建立多物理场协同仿真模型,实现边带电流谐波与声振响应的特征识别。首先,阐述不连续脉宽调制(DPWM)策略的空间矢量原理及实现方法。其次,基于麦克斯韦张量法,揭示边带谐波成分与径向电磁力的频谱分布规律;并建立Simulink&JMAG协同仿真模型,对DPWM策略所致边带声振响应进行仿真预测,验证了解析模型的正确性。最后,搭建12槽-10极永磁同步电机测试平台,对比分析6种典型DPWM方案的稳态工况仿真与实测数据。结果表明,所构建的多物理场协同仿真模型不仅可以反映边带频谱分布规律,而且能够准确预测边带电流谐波及声振响应的幅值特征。

极低频电源有源前端研究

极低频电源逆变侧产生的低频谐波分量难以被滤除,低频谐波分量将渗透直流滤波网络向整流侧和电网传导,造成整流输出端电感电流波动,并在网侧电流基波和特征次谐波附近产生低频相关的边带谐波。为改善现有极低频电源电磁兼容性,提出将有源前端代替基于晶闸管的三相可控整流电路应用于极低频电源,并探析有源前端控制策略,采用单位功率因数控制策略进行了仿真研究。