【摘 要】
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近年来永磁同步电机因其具有结构简单、可靠性高、调速范围宽等优点,被广泛应用于大功率轨道牵引系统,但受到开关损耗及散热条件的限制,牵引系统中功率器件的开关频率通常较低,即系统载波比较低。在这种工况下,若采用单一的调制模式,会使逆变器输出电压中谐波含量较高,尤其以低次谐波对电机及设备性能造成的影响较大。因此,采用多模式调制方法对于降低牵引系统的谐波含量有着重要影响。本文以永磁同步电机为研究对象,设计了
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近年来永磁同步电机因其具有结构简单、可靠性高、调速范围宽等优点,被广泛应用于大功率轨道牵引系统,但受到开关损耗及散热条件的限制,牵引系统中功率器件的开关频率通常较低,即系统载波比较低。在这种工况下,若采用单一的调制模式,会使逆变器输出电压中谐波含量较高,尤其以低次谐波对电机及设备性能造成的影响较大。因此,采用多模式调制方法对于降低牵引系统的谐波含量有着重要影响。本文以永磁同步电机为研究对象,设计了一种低频时采用异步空间矢量脉宽调制(SVPWM)、中高频采用同步分段特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的多模式脉宽调制方法,基于最大转矩电流比控制构建了永磁同步电机矢量控制系统,并进行仿真分析。针对SHEPWM非线性方程组求解方法,本文首先采用遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)等智能算法求解,避免了传统数值方法对初始值设定依赖过高的问题;其次针对遗传算法存在的过早收敛问题,设计了一种改进遗传算法,该方法通过切换搜索模式以提升最优解精度;最后基于遗传算法和粒子群算法的优点,设计了遗传-粒子群混合算法,通过仿真分析证明该混合算法同时具有遗传算法严格的种群进化机制和粒子群算法收敛速度快的优点。另外,针对不同调制模式和相同调制模式下不同频段之间的切换问题,本文分析了平滑切换的条件,并推导出满足条件的切换相位角,实现了多模式脉宽调制之间的平滑过渡。本文基于MATLAB/Simulink平台搭建了永磁同步电机多模式脉宽调制方法仿真模型,仿真结果从电机定子电流、转矩、动态响应性能以及电流谐波含量等方面验证了多模式调制方法的有效性;此外,各切换点均平稳过渡,验证了理论的正确性。
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