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永磁同步电机高频建模方法研究

发布时间:2019-07-03 07:57 来源:未知 编辑:admin

  永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、损耗小和功率体积比大等优点,目前被广泛应用于新能源汽车的驱动系统。电机作为驱动系统电磁干扰流经的重要路径,建立其高频模型,对下一步搭建系统整体的传导干扰和辐射干扰预测模型十分重要,因此,电机高频模型的精度和准确度会对系统整体模型的精确性和正确性产生很大影响。然而,目前用于建立电机高频模型的方法往往存在建模过程复杂、误差大、通用性差及模型频带覆盖窄等问题,因此,需要一种更为有效的建模方法。

  本文首先介绍基于矢量匹配法的电路建模方法:阐述矢量匹配法的基本原理,描述高频等效电路构建过程,推导其模型参数的计算方法。随后用此方法建立星形和三角形两种不同接线方式的永磁同步电机高频电路模型,并进行实验验证。

  矢量匹配法(Vector Fitting)[1]是Gusavsen和Semlyen于1999年提出的一种稳定、有效的拟合方法,该方法避免了有理逼近过程中出现的病态和不平衡加权问题,目前广泛应用于电力系统和高速电路设备频率特性拟合[2-4],矢量匹配法特别适用于有关频变效应的建模,并在拟合过程中表现出良好的鲁棒性、有效性和稳定性。

  为阻抗参数还是导纳参数与定子绕组的接线方式无关,这两个参数是可以相互转换的。

  目前,针对永磁同步电机高频模型研究对象大多数为星形联结的电机,而对定子绕组为三角形联结的电机研究很少。通常,大功率电机的定子绕组接线方式采用三角形联结,这是因为在相同功率下三角形接线较星形接线下绕组中流过的电流较小,可以使绕组线圈制造和布线更为方便。而采用将三角形电机绕组拆卸获取电路参数的方法通用性差,提取过程复杂。因此,有必要对三角形联结的电机高频模型进行研究。

  电机阻抗测量采用共模和差模测量两种方式,测试设备Agilent4294A,测试频段为100kHz-100MHz,测试频点数201个。共模测量即测试电机三端口并联后和机壳间的阻抗,其测试阻抗表示为

  ,如图2所示;差模测量即测试电机两端口并联后和第三端口间的阻抗,其测试阻抗表示为

  (a) Motor terminal connections        (b) Motor equivalent impedance

  (a) Motor terminal connections       (b) Motor equivalent impedance

  上节在建立星形联结电机建模过程中,使用了基于阻抗函数的矢量匹配法,本节将采用基于导纳函数的矢量匹配法拟合其等效电路。在此以求解

  等效电路的过程中,原始数据中包含的阻抗的实部、虚步信息,其仿真数据在幅值和相位上都有很好的拟合效果。通过式(1.23)可得

  后,代入矢量匹配法程序,进行6阶拟合,得到导纳函数的极点和留数,如表1所示。

  Fig.4 Impedance variation with frequency

  (a) 幅值                               (b) 相位

  (a) Amplitude             (b) Phase

  (a) 幅值                               (b) 相位

  (a) Amplitude                             (b) Phase

  本文研究了建立永磁同步电机高频电路模型的方法。介绍了矢量匹配法的基本原理,通过对网络函数

  等效电路建立过程,并应用于三角形联结的永磁同步电机高频电路的建模。永磁同步电机的建模过程归纳为:构建电机绕组高频模型的电路拓扑,通过共模测量和差模测量获得模型中共模阻抗和差模阻抗的频率特性;使用矢量匹配法将测试数据进行处理,计算阻抗(导纳)函数的极点留数等参数,随后转换为相应的等效电路。电机高频电路模型的时频域仿真结果和实测数据的对比,验证了利用矢量匹配法建立永磁同步电机高频模型的正确性和有效性。此外,该建模思路和方法同样可以用于其他种类的交流电机高频电路模型,具有一定的通用性。本研究内容为研究电机驱动传导电磁干扰和辐射电磁干扰问题打下基础,对建立驱动系统精确的传导和辐射干扰模型有重要意义。

  [1] Gustavsen B, Semlyen A. Rational Approximation of Frequency Domain Responses by Vector Fitting [J]. IEEE Trans. on Power Delivery, 1999, 14 (3):1052-1061.

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