諧波注入
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-14
諧波注入的實例教程
圖9 電機控制單元數據流程
為簡化諧波注入參數的調控流程、提升操作便捷性，EXCITE M 仿真模型支持在控制模型中直接配置諧波注入相關核心參數，包括目標抑制 / 注入諧波階次、注入幅值、注入相位及諧波注入時機等。
圖10 控制模型
下圖為 EXCITE M 單電機三維動力學模型中電機的實際輸出電流信號波形：在基波電流基礎上注入特定階次諧波信號后，電流波形出現明顯的幅值畸變與高頻紋波，且畸變程度與諧波的注入階次、幅值及相位直接相關，直觀反映了諧波注入對電機電流特性的調制效應。
圖11 電機電流信號
下圖為電機輸出扭矩時域對比波形圖。由圖中波形直觀對比可清晰觀察到：在采用諧波注入控制策略后，電機扭矩的穩態波動幅值（峰值 - 峰值，P-P）顯著減小，扭矩輸出的平滑性大幅提升；同時，針對預設目標抑制的特定諧波階次，其對應的扭矩脈動分量幅值得到明顯抑制，相較于無諧波注入工況，該階次扭矩脈動的峰值降幅顯著。
圖12 電機扭矩信號
下圖為 EXCITE M 單電機三維動力學模型中電機殼體表面指定觀測點的振動加速度頻域響應圖及目標抑制階次（48 階，與電機電磁激勵主階次對應）的階次切片圖，對比展示了無諧波注入工況與諧波注入工況下的振動響應差異。
由頻域響應圖可直觀觀察到：針對預設的 48 階主抑制階次，諧波注入后該階次對應的振動加速度幅值得到顯著抑制，相較于無諧波注入工況，其峰值幅值呈現明顯下降趨勢，且在電機主要工作轉速區間內，該階次振動響應的抑制效果持續穩定；進一步結合切片圖分析可見，在特定轉速區間，48 階振動加速度幅值的降幅尤為突出，部分轉速下的幅值較無諧波注入工況降低 50% 以上，實現了翻倍級的抑制效果。
展開 根據轉子位置的任意諧波注入電壓PWM開環控制；
8. 根據轉子位置的任意諧波注入電壓PWM電樞電流（有效值或平均值）閉環控制；
9. 根據轉子位置的任意諧波注入電壓PWM母線電流（有效值或平均值）閉環控制；
10.根據轉子位置的任意諧波注入電壓PWM電樞電流（有效值、平均值或瞬時值）限幅控制；
11.根據轉子位置的任意諧波注入電壓PWM母線電流（有效值、平均值或瞬時值）限幅控制；
12.根據轉子位置的任意諧波注入電流滯環控制；
13.根據時間的固定脈寬固定頻率方波電壓開環控制
3. BCPM 4.2-通用的傳統有刷整流電機設計工具
Magneforce自帶Arbidraw繪圖工具，用戶可以利用Arbidraw建立和修改已有模型，還可以通過Arbidraw控制節點數量以及網格剖分。同時Arbidraw支持用戶自建模型的導入。
BCPM中加入特有的換向模型和電火花模型，以上模型融合了大量的工廠經驗和縝密的理論推導，因此，BCPM模塊可以準確模擬諸如換向損耗、電火花損耗等多種有刷電機特有的參數。使得BCPM在有刷電機設計領域具有絕對優勢。
BCPM主要用于設計電刷換向直流電動機、永磁直流電動機和單相串勵電動機，主要特點包括：
? 模型庫與參數化相結合的輔助建模方式，同時支持自建模型的一鍵導入。
? 采用自適應網格技術，同時支持手動網格優化功能。
? 集成了包括多頻率損耗特性的沖片材料庫和包括多溫度M-H曲線的永磁材料庫。
? 采用具有自動前后處理功能的時步有限元仿真技術。
展開 電流諧波注入策略
根據轉矩、電角度以及磁鏈諧波等信息產生諧波電流并注入系統進行控制，消除系統轉矩脈動( 圖3)。
圖3 NVH 中的階次與分貝分析圖
3. 減速器NVH 開發—齒輪激勵控制
減速器NVH CAE 分析流程如圖4 所示：
圖4 減速器NVH CAE 分析流程圖
EV 減速器與傳統變速器的差異點：低速大扭矩負荷，工作轉速提升到12000-15000 rpm 以上高轉速區，缺乏發動機噪聲的掩蔽效應等。
展開 主動諧波注入技術通過對電流諧波轉矩波動的主動控制，降低電磁噪聲，抖頻電控策略亦可改善固定頻段內的輻射噪聲。結合高重合度齒輪、靜音電控蓋板、多層扁線繞組、斜極和輔助槽等硬件，使得電驅嘯叫噪聲降低了10dB(A)以上。
在隔聲系統加持下，理想L系列車型純電行駛時的電驅高頻噪聲、控制器噪聲、減速器噪聲均優于特斯拉Model 3。
· 風噪優化
為了給乘員帶來極致的風噪靜謐體驗，理想汽車NVH團隊在諸多造型細節設計上精心雕琢。以外后視鏡為例，在造型團隊的設計基礎上，NVH團隊用試驗結合仿真的辦法提出了優化方案，最終實現了造型圓潤而不失大氣、聲品質柔和而不突兀的目標。小到鏡頭和鏡柄的匹配關系，稍有不慎都有引發風噪的可能，理想L系列車型創新性地采用垂直密封圈，讓外后視鏡的折疊間隙縮小了0.2毫米，大幅改善了車內風噪感知。
同時NVH團隊還對A柱、三角窗、激光雷達等區域進行了精細打磨，并優化車身底盤流場，全面掃除風噪噪聲源。
高速行駛時，由于車體兩側受風力剪切產生更強烈的高頻振動，風噪會占據噪聲主力，隔聲路徑的優化尤為重要，理想L系列車型在前風擋、前門窗、后門窗、全景天幕均標配了5毫米雙層靜音玻璃，通過玻璃中的聲學PVB薄膜有效過濾風噪聲波，使理想L系列車型的風噪水平傲視同級。
· 路噪優化
說到路噪的優化，首先必須提及理想堡壘安全車身?，整體采用貫穿式雙縱梁結構設計，保證了整車彎扭剛度，為NVH性能打下堅實基礎。又如減振塔采用鋁合金鑄造工藝，提升了剛度，可以有效地阻斷路面激勵的傳遞。
展開 一般從開輔助槽和斜級等方式，控制引起噪音的電磁諧波。
以上為電機本體側的優化方法，下面介紹控制器側。
控制器主要為IGBT等高頻部件開關引起的電磁諧波，對外部直接輻射噪音以及輸出帶有該諧波電流至電機本體，產生附加的電磁噪音兩類。
控制側主要優化方向，為合理控制IGBT的PWM斬波方式與策略，并搭配硬件濾波降噪等方式進行減弱。PWM諧波噪音優化流程如下圖。
圖36 PWM諧波噪音優化流程
PWM斬波噪音在瀑布圖上的分布，與電機或減速機嘯叫噪音的過零點射線不同，其一般為多組縱向傘形分布，如下圖。
圖37 PWM諧波分布形式
上圖中8000Hz為IGBT開關頻率，其左右對稱的多組放射線，為其不同階次諧波。如某些諧波的頻率較低，可能與電機/減速機諧波產生重疊，則會加劇電驅動的輻射噪音。加大開關頻率，是簡單直接的方法，但會增加損耗影響峰值功率輸出以及控制難度級成本等。
不同IGBT開關頻率下，各項損耗的占比關系，如下圖。
圖38 不同斬波頻率下損耗占比關系
可采用不同的PWM控制策略進行優化。如采用隨機或不對稱PWM方法等，可從控制側優化開關噪音。
圖39 不同控制策略下PWM諧波分量的差異
另外，還可以采用主動阻尼減震和主動諧波注入方式，控制或者抑制噪音的發展。對于后者，由于無法充分涵蓋，不同制造與裝配帶來電驅動系統中，動態特性及噪音表現的分散性，以至于實際效果缺乏普適性。
電驅動系統NVH性能的臺架測試，一般采用下圖的半消音室內進行。一般低成本方案為半消音室。如下圖中，地面為剛性其他表面填充消音片。高成本方案為6個內表面，全部貼覆消音片。
消音片的厚度，一般為需消除最低頻率噪音的1/4波長左右，常用的是0.5~1米。
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圖9 電機控制單元數據流程
為簡化諧波注入參數的調控流程、提升操作便捷性，EXCITE M 仿真模型支持在控制模型中直接配置諧波注入相關核心參數，包括目標抑制 / 注入諧波階次、注入幅值、注入相位及諧波注入時機等。
也就意味著通過主動注入轉矩諧波，使得轉矩輸入能量和軸系振蕩能量相抵消，從而降低整體能量波動水平。
轉矩脈動引起的齒輪敲擊問題
電機的轉矩脈動較大時，會使得齒輪副直接的嚙合不均勻，而兩個齒之間存在嚙合間隙。波動的轉矩使得齒在間隙中來回拍擊，形成敲擊聲，專業術語叫（gear rattle）。
下面這個例子能夠幫助我們理解gear rattle和轉矩脈動的相關性。
主動諧波注入技術通過對電流諧波轉矩波動的主動控制，降低電磁噪聲，抖頻電控策略亦可改善固定頻段內的輻射噪聲。結合高重合度齒輪、靜音電控蓋板、多層扁線繞組、斜極和輔助槽等硬件，使得電驅嘯叫噪聲降低了10dB(A)以上。
在隔聲系統加持下，理想L系列車型純電行駛時的電驅高頻噪聲、控制器噪聲、減速器噪聲均優于特斯拉Model 3。
電流諧波注入策略
根據轉矩、電角度以及磁鏈諧波等信息產生諧波電流并注入系統進行控制，消除系統轉矩脈動( 圖3)。
如采用提高制造與裝配精度、定轉子的斜極與斜槽、定轉子表面開槽、定子線圈繞線級槽配合、齒輪模態優化、齒面接觸斑點與傳遞誤差優化、PWM控制算法優化、主動減震與主動諧波注入、殼體加強筋優化等方法。
逆向NVH性能開發，一般從實物掃描三維模型，并多次樣機試驗確定最終設計。
對于減速機，主要為齒輪嚙合的不平穩脈動，對軸承位的載荷，則需仿真分析。如下兩圖。
當配電系統非線性用電負荷比重較大，并聯電容器組投入時，一方面由于電容器組的諧波阻抗小，注入電容器組的諧波電流大，使電容器負荷而嚴重影響其使用壽命，另一方面當電容器組的諧波容抗與系統等效諧波感抗相等而發生諧振時，引起電容器諧波電流嚴重放大使電容器過熱而損壞。
因此，在并聯電容器的回路中串聯電抗器是非常有效和可行的方法。
三相整流變壓器采用Y／Δ或Δ／Y的接線：三相整流變壓器采用Y／Δ或Δ／Y的接線形式，這樣可以消除3個整數倍次的電力諧波，從而使注入電網的諧波電流只有5、7、11……等次諧波。
2）在諧波源處吸收諧波電流：這類方法是對已有的諧波進行有效抑制的方法，這是目前電力系統使用最廣泛的抑制諧波方法。目前常用的方式采用有無源濾波裝置和有源濾波裝置等。
本文以典型案例介紹了基于Ansys平臺的電機NVH分析流程，本流程主要關注電機定子所受麥克斯韋電磁力導致的機殼諧振所產生的表面輻射功率對電機振動噪聲的貢獻，這也是傳統電機NVH分析理論所重點討論的內容，當然，從機殼輻射出的振動噪聲只是電機NVH的其中一條路徑，對于帶有減速器的動力系統來說，電機紋波轉矩導致的軸系共振也不能忽視，但是嚴格來說這不單純是電機本體的NVH問題，同時紋波轉矩也比較容易通過斜極斜槽、磁極修型、主動注入電流諧波等措施得到改善
根據轉子位置的任意諧波注入電壓PWM開環控制；
8. 根據轉子位置的任意諧波注入電壓PWM電樞電流（有效值或平均值）閉環控制；
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