高速永磁同步电机系统谐波产生机制及抑制

The high speed permanent magnet synchronous motor（PMSM） drive system is paid more attention for its wide application. However, there are a bad performance on the harmonics suppression in the high speed PMSM drive system. New problems have been put forward for the harmonics analysis, suppression methods and theories of the high speed PMSM drive. So my project takes the investigation on the harmonics suppression based on the high speed PMSM drive system as the main topic, including studying suitable harmonics current analysis methods for high speed PMSM, presenting a novel way to analyze current harmonics on-line by the sidebands flux model, revealing different sampling methods, different PWM technologies on the mechanism of motor harmonics, analyzing SiC and GaN power device characteristics, studying novel multi-level power topology. And based on the topology mentioned, a combination way based on the selective harmonic elimination method and model predictive control PWM is presented; compensation method caused by the dead time voltage and delay of digital systems is studied, and motor design and driven integrated harmonic structure wave suppression technology is built. Analysis methods of the high speed PMSM harmonics is established via research, and thus the theory on the harmonics suppression for high speed PMSM is set up, which contributes to laying the foundation for high-performance highnspeed PMSM drive system.

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。

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。