一种降低感应电机开关频率振动的方法

本文摘要：（由ai生成）

本文研究了通过在感应电机定子上加入带电容器的辅助绕组来降低高频振动和噪声的方法。通过建立等效电路模型、分析辅助绕组对电机振动的影响，并通过实验验证，发现合理选择电容器容量可有效减少高频振动40%-50%。该方法为感应电机的噪声和振动控制提供了新技术途径，但辅助绕组设计仍需优化以提高电机功率密度和减少铜耗，以更好地适应工业应用。

利用带电容器的辅助绕组来降低感应电机开关频率振动的研究

摘要：电力电子器件的开关动作会引起由逆变器供电的感应电机中产生高频电流、磁场、振动和噪声，这些高频分量的频率集中在开关频率及其倍数。为了削弱高频磁场，增加带电容器的辅助绕组是减少高频振动的有效方法。为了分析添加电容器辅助绕组的减振效果，本文对该方法进行了系统理论分析。考虑定子主绕组和辅助绕组之间的互感，提出了带辅助绕组感应电机的精确等效电路。推导的电动势传递函数及其频率响应用于解释这种方法对电机振动的影响。为了验证分析的正确性，对两台具有不同辅助绕组布置的感应电机样机进行了测试。

SPWM调制的三相逆变器将直流电压转换为可变压变频的交流电压，向感应电机的定子主绕组供电。开关频率附近的高次谐波包括：fc，fc±2fr，2fc±fr，2fc±3fr，3fc，3fc±2fr，3fc±4fr，其中fc为载波频率，fr为调制波频率，如图1(a)所示。为了减少由气隙中高频谐波主磁场引起的高频振动，如图1(b)所示，可将与电容器串联的辅助绕组添加到感应电机的定子中来削弱高频谐波磁场，并且不会影响用于能量转换的基波磁场。

感应电机的供电方式和绕组连接方式如图2所示。在50Hz工频下，带电容器的辅助绕组阻抗非常大，此时辅助绕组相当于开路，对电机的正常运行没有影响。但在开关频率附近，带电容器的辅助绕组的阻抗非常小，带电容器的辅助绕组为高频谐波分量提供了通道。因此，可以减少气隙中的高频谐波磁场。定子主绕组和辅助绕组均位于具有相同极性的定子槽中，但它们之间没有电气连接。

图1 PWM引起的高频振动

图2 感应电机的供电方式和绕组连接图

图3 三相感应电机与辅助绕组的电磁关系示意图

图4  感应电机等效电路

图5  感应电机解耦等效电路

由于转子电阻太小，可以忽略不计。简化后的等效电路可表示为图6，

图6 简化后的感应电机等效电路

图7 感应电机样机

图8 不带辅助绕组的样机测试电流波形

图9 带辅助绕组的样机测试电流波形

图10 局部放大的带辅助绕组样机测试电流波形

图11 不同电容值下测量的样机A振动频谱

图12 不同电容值下测量的样机B振动频谱