感應(yīng)電機作為電驅(qū)動系統(tǒng)具有可靠性高、維護簡單、成本低等優(yōu)點，因此在新能源汽車領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。新能源汽車內(nèi)的噪聲主要來自于感應(yīng)電機的電磁振動和噪聲，因此減小感應(yīng)電機的電磁振動和噪聲十分必要。

感應(yīng)電機驅(qū)動系統(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，會引起電機振動，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，但是會增加開關(guān)損耗而不被廣泛采用。

隨機調(diào)制技術(shù)將隨機變量引入到逆變器的控制單元，當(dāng)開關(guān)信號隨機變化時，根據(jù)統(tǒng)計通信原理，由該開關(guān)信號控制的功率器件，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，從而達到減小高頻噪聲的目的。

共振是引起電機振動的主要原因，當(dāng)電流中的諧波頻率與電機的固有頻率相同時會使電機產(chǎn)生共振。電動汽車用感應(yīng)電機本體的固有頻率較低，所以僅采用隨機調(diào)制技術(shù)無法避免電機的低頻共振，因此需要對隨機調(diào)制技術(shù)以及電機固有頻率范圍內(nèi)的諧波進行深入研究。

為了實現(xiàn)隨機調(diào)制技術(shù)，國內(nèi)外的研究人員相繼提出了一些調(diào)制策略。文獻[14]采用隨機零矢量的調(diào)制策略，控制算法簡單，但在高壓情況下頻譜分布不均勻。文獻[15]采用隨機開關(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[16-17]采用消除特定頻率諧波的隨機開關(guān)頻率的方法，均勻頻譜分布的同時考慮了共振的影響，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[18]采用頻譜整形的隨機開關(guān)頻率策略，應(yīng)用對象為開關(guān)磁阻電機，且沒有對諧波和共振的關(guān)系進行詳細的討論。

本文針對電動汽車感應(yīng)電機矢量控制系統(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削弱了電機的共振。通過有限元仿真得到了電機的固有頻率，基于此固有頻率設(shè)計了電流諧波整形算法，通過仿真和實驗，驗證了本文所提出控制策略的有效性。

圖5 感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)框圖

圖8 電動汽車用感應(yīng)電機對拖實驗平臺

圖10 感應(yīng)電機振動實驗

結(jié)論

本文針對電動汽車用感應(yīng)電機矢量控制系統(tǒng)，在隨機化開關(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。理論和實驗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，同時能夠抑制電機共振頻率范圍內(nèi)的電流諧波，削弱電機的共振。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。