永磁同步電機(jī)在水下航行器驅(qū)動中應(yīng)用越來越廣泛,電機(jī)通過機(jī)座向航行器殼體傳遞結(jié)構(gòu)振動,影響水下航行器隱蔽性,其中,低頻振動不容易被減振器吸收,能通過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,氣隙磁場作用在定子上的徑向電磁力波形成的振動是對外傳播的主要成分。有些徑向振動經(jīng)過對電機(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抑制,徑向電磁振動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是偶次振動,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稱因素,反饋通道中的不對稱因素較多,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稱電流,也可能是不對稱電流,在極槽磁導(dǎo)調(diào)制作用下,這些電流形成的磁場與永磁磁場作用都會引起電機(jī)的徑向振動,都需要對其進(jìn)行研究和抑制。
目前,抑制諧波振動的方法有濾波器、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)矩脈動的,是通過抑制勵磁電流中的諧波分量來抑制轉(zhuǎn)矩脈動,沒有建立諧波電流與振動之間的關(guān)系。在徑向振動抑制中,有學(xué)者也是通過抑制諧波電流來抑制徑向振動的,沒有建立諧波電流與振動之間的關(guān)系。目前,關(guān)于繞組中的直流分量、對稱倍頻電流和不對稱倍頻電流引起的電機(jī)徑向振動機(jī)理分析的文章未見發(fā)表。
沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院的康樂、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》上撰文,對樣機(jī)的三相電流進(jìn)行分析,分別推導(dǎo)出基波、直流分量、對稱倍頻電流和非對稱倍頻電流的徑向磁動勢,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模型,通過樣機(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抑制模型,并設(shè)計出一種基于多目標(biāo)RMSProp優(yōu)化算法的永磁電機(jī)徑向振動綜合抑振控制策略可,實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的200Hz以下各低頻倍頻徑向振動的綜合抑制控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,該方法抑制低頻徑向振動效果顯著。
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,而是通過注入諧波電流來直接抑制徑向振動的,所以控制后的電流非正弦是正常的。此外,無需求出補(bǔ)償振動,直接通過調(diào)節(jié)各倍頻電流的幅值和相位尋找徑向振動幅值最小值,算法簡單,適合在線檢測。而在實(shí)際應(yīng)用中,高頻振動可以用減振器吸收掉,所以無需考慮高頻振動的抑制。
本文編自2022年第18期《電工技術(shù)學(xué)報》,論文標(biāo)題為“表貼式永磁電機(jī)各次電流引起徑向振動的機(jī)理分析及綜合抑制策略”。本課題得到國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目的支持。