2阶谐波模型实验验证

本节将研究有限次电流谐波限制下开关磁阻电机的振动情况，根据上节的分析，通过限制最高电流谐波频次的方式可以降低各阶次径向力。本节对1阶谐波波形（DC＋1st）、2阶谐波波形（DC＋1st＋2nd）和梯形波驱动下的振动进行了实验对比。

1）实验设置

本节采用1.5kW 12/8三相开关磁阻电机为控制对象搭建实验平台。采用DSP2812为控制器，控制周期为100μs；驱动器采用三相非对称半桥形式；采用LEM HX-15P传感器进行电流采样。使用IEPE接口形式的加速度传感器，频率响应范围为0.5～12 k Hz；通过NI CompactRio 9038＋9234模块采集加速度信号，采样频率为51.2 k Hz；采用磁粉制动器进行加载。实验台的硬件配置如图5.3所示。

图5.3　开关磁阻电机实验台及加速度传感器安装

实验在恒转速模式下进行，转速设定为780 r/min。提前设定参考电流波形，通过调节电机负载使电机的转速稳定在给定转速。参考电流波形是非恒定电流，为实现准确的追踪，通过预测控制（详见第8章）进行电流控制。参考电流波形共3组，分别为直流（DC）＋1阶谐波、直流＋1阶谐波＋2阶谐波和梯形波。

2）结果分析

图5.4给出了不同组合方式下的实验波形。图5.4（a）表示1阶谐波（DC＋1st）电流波形，图5.4（b）表示2阶谐波（DC＋1st＋2nd）电流波形，图5.4（c）表示梯形波电流波形。(www.xing528.com)

图5.4　不同谐波组合下的电流波形

（a）1阶谐波（DS＋1st）；（b）2阶谐波（DC＋1st＋2nd）；（c）梯形波。

在780 r/min的转速下，径向力的基频为104 Hz，径向力的6阶分量频率与0阶模态频率接近，径向力的12阶分量频率与2阶模态频率接近。图5.5（a）表示1阶谐波（DC＋1st）电流波形驱动下的振动，其0阶模态的幅值为0.008 721g，2阶模态的幅值为0.003 5g；图5.5（b）表示2阶谐波（DC＋1st＋2nd）电流波形驱动下的振动，其0阶模态的幅值为0.008 4g，2阶模态的幅值为0.005 6g；图5.5（c）表示梯形波驱动下的振动，其0阶模态的幅值为0.023g，2阶模态的幅值为0.008 4g。在梯形波驱动下，其0阶和2阶振动模态的幅值均大于1阶谐波（DC＋1st）和2阶谐波（DC＋1st＋2nd）电流波形驱动下的幅值，说明梯形波驱动下的6阶径向力分量和12阶径向力分量均大于1阶谐波（DC＋1st）和2阶谐波（DC＋1st＋2nd）电流波形驱动下的径向力分量。对于0阶模态振动，1阶谐波（DC＋1st）波形驱动下的幅值和2阶谐波（DC＋1st＋2nd）波形驱动下的幅值接近，说明2阶电流分量对6阶径向力的影响较小。

图5.5　不同谐波组合下的振动频谱

（a）1阶谐波（DS＋1st）；（b）2阶谐波（DS＋1st＋2nd）；（c）梯形波。

通过实验分析可以看出，限制电流谐波阶次可以明显地降低振动。但限制电流谐波同时会影响转矩输出能力，综合考虑各阶电流谐波对转矩和径向力的贡献度，采用2阶谐波（DC＋1st＋2nd）波形是较为可行的方案。