高速電機由于轉速較高,運行頻率普遍較高,為了使變頻器保證一定的載波比,通常會使用極高的載波頻率,因此高速電機的電壓、電流波形中會引入與載波頻率相關的高頻諧波,增加電機的電磁損耗,同時也使得電機內(nèi)的磁場更加復雜。針對電壓信號的諧波分析,可以有效幫助分析變頻器中引入諧波的規(guī)律,而針對電流信號的諧波分析,則可以分析電機本體設計上的缺陷,因此,高精度的諧波分析對于高速電機系統(tǒng)具有重要的意義。本文以高速電機的電能信號為研究對象,對諧波分析算法展開了研究。首先,針對最常用的傅里葉分析方法進行原理分析,并分析對有限離散序列分析產(chǎn)生的頻譜泄漏的機理。采用加窗插值法減小頻譜泄漏的影響,根據(jù)不同的窗函數(shù)特性展開研究;基于加窗后的分析結果,采用單峰譜線插值算法,探究不同參數(shù)選擇對幅值與頻率的修正結果的影響。其次,由于加窗插值的辦法多針對單成分信號效果較好,因此提出基于自適應變采樣率的改進快速傅里葉分析方法,并建立了搜索最優(yōu)采樣率的參數(shù)化搜索模型和基于二分法的快速搜索方法,從頻譜泄漏的本質(zhì)出發(fā),通過搜尋最優(yōu)采樣率,來最大限度地減小頻譜泄漏的影響。考慮到高速電機中的電能信號中會同時包含多種整數(shù)次和非整數(shù)次的諧波,后者極易被大幅值分量淹沒,因此以自回歸譜估計法為核心建立了高分辨率諧波分析算法,通過構建信號模型,求解模型參數(shù)來計算信號各分量的頻率;同時,搭建自適應線性神經(jīng)網(wǎng)絡模型,建立了高精度的幅值與頻率求解方法。為驗證算法的有效性,開展了半實物仿真實驗與高速電機電能信號實驗,并對采集的信號進行諧波分析。先通過函數(shù)信號發(fā)生器輸出指定參數(shù)的組合信號序列的方式進行半實物仿真實驗,對采集的數(shù)據(jù)進行諧波分析,并與設定值比較,探究算法的有效性及精度;再通過高速電機測試平臺采集實際的電壓、電流信號進行諧波分析,比較不同分析方法下,高速電機中包含的諧波差異。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM711
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文德國 ZIMMER 等廠家。國外品牌的功率分析儀的核心諧波檢測算法都采用的是傅里葉變換（DFT/FFT），但各自還會集成專屬的數(shù)值處理算法，因此諧波檢測精度也不盡相同。其中較為熟知的是橫河的 WT 系列與福祿克的 Norma 系列。1.3.1 國外品牌功率分析儀日本恒河 WT3000 作為橫河最高端的功率分析儀，曾經(jīng)占據(jù)了高端功率分析 儀 市 場 的 大 部 分 市 場 份 額 。 WT3000 是 橫 河 功 率 分 析 儀 的 旗 艦 ，（0.02%rd+0.04%Fs）的基本功率精度確實讓眾多功率分析儀難以望其項背，但是該精度僅在工頻（45~66）Hz 正弦波范圍可以達到，其它頻段精度有較為明顯的下降[42]；另外，由于 WT3000 的采樣率為 200kHz，故可進行高精度諧波分析的信號基頻最大值僅為 2.6kHz。如圖 1-2 a)和 b)所示為 WT3000 的功率測量精度和電參數(shù)測量精度隨頻率變化的特性曲線，可見當信號中存在頻率大于等于 100kHz 的成分時，測量誤差會逐漸增大。

a) Fluke Norma 4000/5000b) Fluke 438-Ⅱ圖 1-3 Fluke 功率分析儀產(chǎn)品其他品牌的功率分析儀如日本的日置公司推出的高精度寬頻帶功率分PW6001，帶寬達到 2MHz，功率測量精度達到(0.05%rd+0.06%Fs)，另外由備了采樣率高達 5MHz 的采集裝置，故對于基波頻率為（0.1~300k）Hz 的均可進行有效測量，有效帶寬為 1.5MHz，諧波次數(shù)標配為 100 次[46]。而德國的 ZES ZIMMER 公司推出基于全新架構的功率分析儀 LMG6同于傳統(tǒng)的功率分析儀，設計師對它的信號調(diào)理方案進行了重新設計，并開發(fā)出 Dual Path 架構。LMG670 是世界上第一臺在每個電壓和電流通道都個 A/D 轉換器在兩個獨立信號路徑的功率分析儀。一個用于寬頻帶信號的波測量，另一個用于抗混淆濾波器輸出的窄頻帶信號測量[47]。因此，LM不僅具有超高的精度（0.015%rd+0.01%Fs），1.2MHz 的采樣率還讓其具寬的檢測頻帶，即便在高頻下也能進行精確的測量，常被用于超高速電機試實驗。1.3.2 國內(nèi)品牌功率分析儀

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文表 2-1（續(xù)表）三角窗 主瓣寬，旁瓣小，無負旁瓣 窄帶信號，干擾較強Hanning 窗主瓣寬，旁瓣小，分析帶寬加寬，頻率分辨率下降隨機或未知的復雜信號Hamming 窗與 Hanning 窗相似，旁瓣更小，旁瓣衰減速度比 Hanning 窗慢隨機或未知的復雜信號Kaiser 窗可調(diào)參數(shù)自由選擇主瓣寬度和旁瓣衰減速度的比重信號適應范圍較廣Blackman 窗 主瓣寬，旁瓣小，頻率精度低，幅值精度高 頻率相近、幅值不同的信號Nuttall 窗旁瓣小，旁瓣衰減速度極快，高階窗函數(shù)計算量小成分少，短泄漏信號同時，易觀察到Nuttall窗的旁瓣小，且衰減速度遠超 Hanning窗和Hamming窗，但也是以犧牲主瓣寬度為代價，這樣會導致 Nuttall 窗在主瓣附近的頻率分析能力降低；而旁瓣最大且衰減最慢的矩形窗，卻擁有最窄的主瓣，因此矩形窗的頻率識別精度較高。
【參考文獻】

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本文編號：2872490