电流谐波变化规律受恒转矩约束影响

电流控制通常作为双环控制（速度环＋电流环）中的内环，根据速度环产生的电流指令来实现特定的电流输出。在恒电流控制方式下，电流环通过调节参考电流或开关角来调节输出电流。在相同的负载下，有多种参考电流和开关角的组合方案可以实现调速要求，这些方案的共同点是具有相同的输出转矩，而不同点则是转矩脉动、振动与噪声等受开关角影响的性能参数。因此在讨论控制参数的优化时，应首先保证输出转矩的稳定，以避免对闭环控制系统产生影响。下面将分析在恒转矩输出约束下调节控制参数对电流谐波的影响。

为了获得较高的运行效率，已有研究指出了开通角与参考电流的关联性，即开通角的选择应该确保电流在电感开始快速升高的位置恰好达到参考值。根据这一原则，在恒转矩输出约束下，恒电流控制的可调节参数由3个（开通角、关断角和参考电流）变为2个（开通角和关断角或关断角和参考电流）。本节以开通角和关断角作为控制变量。

首先通过实验方法可以得到不同转速和转矩下开关角的组合方式。例如，图6.5给出了600 r/min转速下不同转矩对应的开关角组合方式。在恒转矩的约束下，开通角延后会导致关断角也延后。

图6.5　不同转矩下开关角的组合方式（转速为600 r/min）

图6.6给出了在600 r/min、6 N·m的工况下，不同开关角组合下的电流频谱：在恒转矩输出的情况下，直流成分和3阶成分呈单调变化，12阶、24阶、36阶和48阶呈周期振荡。24阶的振荡周期为15.4°，36阶的振荡周期为10.2°，48阶的振荡周期为7.9°。图6.7给出了在600 r/min、12 N·m工况下，不同开关角组合下的电流频谱：在恒转矩输出的情况下，直流成分和3阶成分呈单调变化，12阶、24阶、36阶和48阶呈周期振荡。24阶的振荡周期为17.8°，36阶的振荡周期为10.1°，48阶的振荡周期为8.0°。图6.8给出了在1 200 r/min、6 N·m工况下，不同开关角组合下的电流频谱：在恒转矩输出的情况下，直流成分和3阶成分呈单调变化，12阶、24阶、36阶和48阶呈周期振荡。24阶的振荡周期为14.3°，36阶的振荡周期为9.6°，48阶的振荡周期为7.4°。通过不同转速和转矩下的振荡周期比较可以看出，周期与阶数有关，其比例关系近似为

式中，为第n阶电流谐波随关断角变化的周期。对于低阶谐波，由于其振荡周期较长，因此在有限的关断角变化范围内观察不到振荡现象，尤其是直流成分，其随关断角呈单调变化。

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图6.6　不同频次电流谐波随关断角的变化（转矩为6 N·m，转速为600 r/min）

（a）直流电流谐波；（b）3阶电流谐波；（c）12阶电流谐波；（d）24阶电流谐波；（e）36阶电流谐波；（f）48阶电流谐波。

图6.7　不同频次电流谐波随关断角的变化（转矩为12 N·m，转速为600 r/min）

（a）直流电流谐波；（b）3阶电流谐波；（c）12阶电流谐波；（d）24阶电流谐波；（e）36阶电流谐波；（f）48阶电流谐波。

图6.8　不同频次电流谐波随关断角的变化（转矩为6 N·m，转速为1 200 r/min）

（a）直流电流谐波；（b）3阶电流谐波；（c）12阶电流谐波；（d）24阶电流谐波；（e）36阶电流谐波；（f）48阶电流谐波。