面向逆变器-电机系统多性能优化的PWM扩频策略研究

变换器中的噪音和EMI主要由于固定开关频率引起的谐波能量高度集中造成的。基于扩频原理的PWM技术可以通过将谐波功率谱扩展到更宽的频带内来达到低成本抑制噪音和EMI的目的。目前的研究主要是针对变换器自身性能的改善，缺乏结合负载的系统性能的分析，尤其是负面效应没有得到重视。本课题拟开展面向逆变器-永磁同步电机系统多性能优化的PWM扩频策略研究。针对逆变器输出电压谐波含量丰富的问题，建立包括逆变器与永磁同步电机系统的完善的谐波非线性等效电路模型，并研究等效模型参数的准确计算方法与实验验证方法，研究基于扩频原理PWM带来的负面影响及对策。采用智能算法针对噪音、EMI、逆变器损耗、电机定子高频损耗、转子涡流损耗、力矩波动等性能进行多目标优化，得到优化的频率调制函数，并开展基于扩频原理PWM实用技术研究。课题研究对完善基于扩频原理PWM理论、改善永磁同步电机系统性能具有重要的理论与现实意义。

本课题的总体目标是提出针对噪音、EMI、电机定子高频损耗、转子涡流损耗、力矩波动、逆变器损耗等性能进行多目标优化的频率调制PWM扩频策略。经过比较随机频率调制和周期频率调制的优缺点，确定了基于周期频率调制技术的研究思路。对周期频率调制技术进行了理论分析，解释了周期频率调制技术可以抑制谐波峰值的原理。研究了周期频率调制技术对永磁同步电机电磁噪声的影响，结果表明采用周期频率调制技术可以有效地抑制永磁同步电机的电磁噪声，总结了周期频率调制技术对电机电磁噪声的影响规律。研究了周期频率调制技术对永磁同步电机系统EMI的影响，结果表明采用周期频率调制技术可以有效地降低电机在10kHz-100kHz低频范围内的EMI峰值，总结了周期频率调制技术对电机系统EMI的影响规律。研究了周期频率调制技术对永磁同步电机定子铁心损耗和转子涡流损耗的影响，结果表明采用周期频率调制技术后电机的定子铁心损耗和转子涡流损耗有所增加，总结了周期频率调制技术对电机定子铁心损耗和转子涡流损耗的影响规律。建立了永磁同步电机-逆变器谐波等效电路模型，为分析谐波电流对永磁同步电机系统的损耗的影响提供了计算模型。