Wentao Zhang, Haiyang Gao, Yongxiang Xu, Jibin Zou. Review of High-frequency PWM Acoustic Noise Suppression Methods for PMSMs[J]. Chinese Journal of Electrical Engineering, 2024, 10(3): 94-109. DOI: 10.23919/CJEE.2024.000078
引用本文
论文亮点
本文介绍了通过降低定子绕组的高频电流谐波来抑制永磁同步电机高频振动噪声的主流策略，包括扩频技术、矢量位置交换技术与交错并联技术。本文对各种抑制策略的优缺点进行了分析和比较。最后，对这些抑制策略进行了总结。
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研究背景及目的
由PWM控制的永磁同步电机驱动系统已经被广泛的应用于家庭、工业、军事等领域伴随着它的高动态性能、高效和高功率密度。对于靠近驱动系统的人来说，由电机传导出来的噪音的舒适度逐渐变成了一个重要的因素。电机噪音的来源通常分为三类：机械的，空气动力学的和电磁的。空气动力学和机械的噪音分布由风扇和轴承引起，可以依靠合理的本体设计和合理的维护来减小。这两类噪音的频率一般较低，人耳对其的敏感性较弱。电磁噪音主要由气隙中磁通谐波产生的径向电磁力引起。这类噪音的频率一般较高，人耳对其的敏感性强，有必要对其进行研究。
论文结论
（1）针对随机扩频技术，研究人员发现随机开关频率技术具有的性能最优。随机扩频技术可以研究其随机函数的优化，以使频谱能够更均匀的分散，且实现避免频谱重叠。针对周期扩频技术，通过实验结果可知，锯齿波周期扩频技术的性能最优。与随机开关频率技术相比，周期扩频技术能够预测电流的THD，且可以计算开关损耗，方便散热器的设计。
（2）针对特定谐波消除技术，主要是消除与振动噪音较大的频率相对应的电流谐波，大部分情况下用来消除与共振频率匹配的时间谐波。可以通过谐波注入法或合理设计载波周期与占空比的关系等进行消除。这种技术需要能够消除一个小间隔内的电流谐波而不是固定一个频率下的谐波，且应用这种技术进行特定谐波消除时，其他频率范围处的谐波幅值最好不要增加。
（3）针对矢量位置交换技术，主要是通过改变矢量的作用顺序来改进逆变器输出相电压的波形，进而使波形中的谐波成分分布到人耳不敏感的更高的频率范围处。这种策略虽能够减小可听噪音，但输出电流中的谐波含量并没有减小，电磁噪声并没有显著降低。
（4）针对改进系统结构的技术，对并联逆变器使用载波移相技术，借助耦合电感，能够有效地减小部分高频附近的振动噪音，并不能实现完全消除。在再结合矢量位置交换技术和扩频技术后，能够实现奇数倍载波频率附近噪音的完全消除和偶数倍载波频率附近噪音的抑制。对改变电机绕组结构，仅通过载波移相技术即可消除奇数倍载波频率附近的噪音。但不论再与现存的哪种技术结合，偶数倍载波频率处的振动噪音均不能完全消除。
团队带头人
徐永向，长聘教授，博士生导师，国家级高层次人才，特种电机研究中心主任，国家部委某专业组专家，青年科学家工作室学术带头人（A类）。作为负责人或作为技术骨干承担国家自然基金、863课题、973课题、重大专项、探月工程、部委预研、“蛟龙号”专项、企事业单位委托研制等课题50余项。获国家技术发明二等奖1项、省技术发明一等奖2项、中国XXXX应用大赛银奖1项、省部级科技奖励二等奖3项、三等奖1项，发表论文100余篇，授权发明专利30余项。
来源：电气工程学报
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