永磁同步電機(jī)在水下航行器驅(qū)動(dòng)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛,電機(jī)通過(guò)機(jī)座向航行器殼體傳遞結(jié)構(gòu)振動(dòng),影響水下航行器隱蔽性,其中,低頻振動(dòng)不容易被減振器吸收,能通過(guò)航行器殼體傳遞到水中,是影響水下航行器隱蔽性的主要原因。
永磁電機(jī)在臥式安裝時(shí),氣隙磁場(chǎng)作用在定子上的徑向電磁力波形成的振動(dòng)是對(duì)外傳播的主要成分。有些徑向振動(dòng)經(jīng)過(guò)對(duì)電機(jī)的材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)化后依然存在,這就需要用控制方法來(lái)抑制,徑向電磁振動(dòng)頻率通常是電頻率的倍數(shù),其中三相永磁電機(jī)在基波電流下引起的極槽徑向振動(dòng)是偶次振動(dòng),但是繞組中除了基波電流,還有很多其他倍頻電流。
如果電機(jī)系統(tǒng)是對(duì)稱系統(tǒng),則三相繞組電流中只含有奇次倍頻電流,但是實(shí)際電機(jī)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和控制電路方面存在很多不對(duì)稱因素,反饋通道中的不對(duì)稱因素較多,所以三相繞組中除了含有奇數(shù)倍頻電流外,還有偶數(shù)倍頻電流,甚至還有直流分量,其中的各倍頻電流可能是對(duì)稱電流,也可能是不對(duì)稱電流,在極槽磁導(dǎo)調(diào)制作用下,這些電流形成的磁場(chǎng)與永磁磁場(chǎng)作用都會(huì)引起電機(jī)的徑向振動(dòng),都需要對(duì)其進(jìn)行研究和抑制。
目前,抑制諧波振動(dòng)的方法有濾波器、脈寬調(diào)制、混合空間調(diào)制策略、諧振控制器、諧波電流注入法等,這些方法都是抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的,是通過(guò)抑制勵(lì)磁電流中的諧波分量來(lái)抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),沒(méi)有建立諧波電流與振動(dòng)之間的關(guān)系。在徑向振動(dòng)抑制中,有學(xué)者也是通過(guò)抑制諧波電流來(lái)抑制徑向振動(dòng)的,沒(méi)有建立諧波電流與振動(dòng)之間的關(guān)系。目前,關(guān)于繞組中的直流分量、對(duì)稱倍頻電流和不對(duì)稱倍頻電流引起的電機(jī)徑向振動(dòng)機(jī)理分析的文章未見(jiàn)發(fā)表。
沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院的康樂(lè)、夏加寬、蘇航、宋孟霖、張榮津,在2022年第18期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文,對(duì)樣機(jī)的三相電流進(jìn)行分析,分別推導(dǎo)出基波、直流分量、對(duì)稱倍頻電流和非對(duì)稱倍頻電流的徑向磁動(dòng)勢(shì),根據(jù)麥克斯韋磁力公式推導(dǎo)出各成分電流引起的徑向振動(dòng)模型,通過(guò)樣機(jī)驗(yàn)證模型的正確性。
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置
研究人員推導(dǎo)出一種多倍頻電流注入法的徑向振動(dòng)抑制模型,并設(shè)計(jì)出一種基于多目標(biāo)RMSProp優(yōu)化算法的永磁電機(jī)徑向振動(dòng)綜合抑振控制策略可,實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的200Hz以下各低頻倍頻徑向振動(dòng)的綜合抑制控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明,該方法抑制低頻徑向振動(dòng)效果顯著。
他們指出,本研究中注入諧波電流不是為了抵消原電流中的諧波電流,而是通過(guò)注入諧波電流來(lái)直接抑制徑向振動(dòng)的,所以控制后的電流非正弦是正常的。此外,無(wú)需求出補(bǔ)償振動(dòng),直接通過(guò)調(diào)節(jié)各倍頻電流的幅值和相位尋找徑向振動(dòng)幅值最小值,算法簡(jiǎn)單,適合在線檢測(cè)。而在實(shí)際應(yīng)用中,高頻振動(dòng)可以用減振器吸收掉,所以無(wú)需考慮高頻振動(dòng)的抑制。
本文編自2022年第18期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》,論文標(biāo)題為“表貼式永磁電機(jī)各次電流引起徑向振動(dòng)的機(jī)理分析及綜合抑制策略”。本課題得到國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目的支持。