感應(yīng)電機(jī)作為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此在新能源汽車領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。新能源汽車內(nèi)的噪聲主要來(lái)自于感應(yīng)電機(jī)的電磁振動(dòng)和噪聲，因此減小感應(yīng)電機(jī)的電磁振動(dòng)和噪聲十分必要。

感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心為采用脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation,PWM）技術(shù)的逆變器，通常由控制芯片和功率開關(guān)器件構(gòu)成。根據(jù)脈寬調(diào)制原理，逆變器輸出的電流中包含開關(guān)頻率的倍頻及其邊頻帶的諧波。這類諧波具有高頻、帶寬窄的特性，會(huì)引起電機(jī)振動(dòng)，產(chǎn)生窄帶噪聲，使人感到不適。提高開關(guān)頻率（例如開關(guān)頻率高于20 kHz）可以抑制這種噪聲，但是會(huì)增加開關(guān)損耗而不被廣泛采用。

隨機(jī)調(diào)制技術(shù)將隨機(jī)變量引入到逆變器的控制單元，當(dāng)開關(guān)信號(hào)隨機(jī)變化時(shí)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)通信原理，由該開關(guān)信號(hào)控制的功率器件，將改善集中在開關(guān)倍頻諧波頻譜的能量分布，分散諧波能量，使之具有更寬的帶寬，從而達(dá)到減小高頻噪聲的目的。

共振是引起電機(jī)振動(dòng)的主要原因，當(dāng)電流中的諧波頻率與電機(jī)的固有頻率相同時(shí)會(huì)使電機(jī)產(chǎn)生共振。電動(dòng)汽車用感應(yīng)電機(jī)本體的固有頻率較低，所以僅采用隨機(jī)調(diào)制技術(shù)無(wú)法避免電機(jī)的低頻共振，因此需要對(duì)隨機(jī)調(diào)制技術(shù)以及電機(jī)固有頻率范圍內(nèi)的諧波進(jìn)行深入研究。

為了實(shí)現(xiàn)隨機(jī)調(diào)制技術(shù)，國(guó)內(nèi)外的研究人員相繼提出了一些調(diào)制策略。文獻(xiàn)[14]采用隨機(jī)零矢量的調(diào)制策略，控制算法簡(jiǎn)單，但在高壓情況下頻譜分布不均勻。文獻(xiàn)[15]采用隨機(jī)開關(guān)頻率調(diào)制策略，高壓頻譜得到改善，但僅采用三種開關(guān)頻率，頻譜分布不理想。

文獻(xiàn)[16-17]采用消除特定頻率諧波的隨機(jī)開關(guān)頻率的方法，均勻頻譜分布的同時(shí)考慮了共振的影響，但開關(guān)頻率范圍內(nèi)的低頻頻率過低，輸出電流紋波過大。文獻(xiàn)[18]采用頻譜整形的隨機(jī)開關(guān)頻率策略，應(yīng)用對(duì)象為開關(guān)磁阻電機(jī)，且沒有對(duì)諧波和共振的關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)的討論。

本文針對(duì)電動(dòng)汽車感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)，提出了一種電流諧波頻譜整形結(jié)合隨機(jī)調(diào)制技術(shù)的控制策略，該控制策略在均勻電流頻譜特性的同時(shí)削弱了電機(jī)的共振。通過有限元仿真得到了電機(jī)的固有頻率，基于此固有頻率設(shè)計(jì)了電流諧波整形算法，通過仿真和實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本文所提出控制策略的有效性。

圖5 感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)框圖

圖8 電動(dòng)汽車用感應(yīng)電機(jī)對(duì)拖實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

圖10 感應(yīng)電機(jī)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)

結(jié)論

本文針對(duì)電動(dòng)汽車用感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)，在隨機(jī)化開關(guān)頻率脈寬調(diào)制技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了帶有電流諧波頻譜整形環(huán)節(jié)的RFPWM控制策略。理論和實(shí)驗(yàn)表明該控制策略能夠?qū)㈦娏黝l譜均勻分散在較寬的頻率范圍內(nèi)，減小開關(guān)頻率整數(shù)倍諧波能量幅值，同時(shí)能夠抑制電機(jī)共振頻率范圍內(nèi)的電流諧波，削弱電機(jī)的共振。該控制策略不需要修改系統(tǒng)硬件、改變調(diào)節(jié)器參數(shù)，不影響矢量控制系統(tǒng)性能，具有很好的通用性。