非接觸式同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁系統(tǒng)的辨識(shí)建模與動(dòng)態(tài)分析.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、新能源汽車能否安全、穩(wěn)定地運(yùn)行與其核心部件車載電機(jī)的性能息息相關(guān)。為取消電刷與滑環(huán)所帶來的安全隱患,車載電機(jī)的無刷化已成為必然發(fā)展趨勢(shì),但目前國內(nèi)外的無刷方案需要增加附加繞組或附加裝置,使電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,體積增加,電機(jī)利用率降低。針對(duì)以上問題,本文提出了非接觸式同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁(contactless synchronous machine rotor excitation,CSMRE)方法,將非接觸式能量傳輸技術(shù)創(chuàng)新地應(yīng)用于車載電機(jī)的勵(lì)

2、磁系統(tǒng)中,利用相對(duì)旋轉(zhuǎn)的高頻變換器,取代電刷和滑環(huán),實(shí)現(xiàn)無刷勵(lì)磁。該方法應(yīng)用范圍廣泛,既可用于電勵(lì)磁電機(jī)系統(tǒng)中,也可用于混合勵(lì)磁電機(jī)系統(tǒng)中。
  本文論述了CSMRE系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理,介紹了非接觸式勵(lì)磁變換器的工作機(jī)理,給出了將CSMRE系統(tǒng)應(yīng)用于車載電機(jī)后所形成的無刷發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方案。
  針對(duì)由CSMRE系統(tǒng)拓?fù)潆娐放c補(bǔ)償電路的復(fù)雜性所導(dǎo)致的各功能模塊之間兼容度差、可移植性低等問題,提出了初值為估計(jì)值的遞推

3、最小二乘法(estimate initial value recursive least squares,EIV-RLS)的參數(shù)辨識(shí)與建模方法,該建模方法具有良好的通用性和可移植性。辨識(shí)建模只需對(duì)系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與變換,采用赤池信息準(zhǔn)則確定系統(tǒng)階次,最后通過EIV-RLS算法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí),便可得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)小信號(hào)模型,無需依賴明確的拓?fù)潆娐放c具體參數(shù)。文中以串聯(lián)-串聯(lián)型半橋-全波CSMRE系統(tǒng)為建模對(duì)象,分別對(duì)最小二乘

4、法(least squares,LS)、初值為零的遞推最小二乘法(zero initial value recursive least squares,ZIV-RLS)及EIV-RLS辨識(shí)法進(jìn)行了建模和仿真,對(duì)比分析了三種方法的精確度,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了EIV-RLS辨識(shí)建模法具有更好的精確性及通用性。
  CSMRE系統(tǒng)中的非接觸式高頻變壓器工作在相對(duì)高速旋轉(zhuǎn)條件下,為研究這種一次側(cè)靜止、二次側(cè)高速旋轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)對(duì)變壓器傳輸效率是

5、否有影響,提出了兩種可在此條件下工作的非接觸式變壓器繞組結(jié)構(gòu)——毗鄰型和嵌套型繞組結(jié)構(gòu),在ANSOFT/Maxwell環(huán)境下,分別對(duì)兩種結(jié)構(gòu)的非接觸式變壓器進(jìn)行了相對(duì)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的3D瞬態(tài)仿真,分析了瞬態(tài)磁密、瞬態(tài)漏磁及電流密度,通過仿真結(jié)果的對(duì)比,驗(yàn)證了CSMRE系統(tǒng)的可行性,選取毗鄰型變壓器作為CSMRE系統(tǒng)中的高頻變壓器,對(duì)毗鄰型變壓器鐵芯材料與氣隙影響進(jìn)行了仿真分析。
  非接觸式變壓器存在較大的氣隙,因此漏感的影響已不可忽

6、略不計(jì),漏感的增加會(huì)導(dǎo)致耦合系數(shù)降低,傳輸效率下降。本文利用諧振原理,對(duì)非接觸式變壓器的漏感進(jìn)行了補(bǔ)償,以提高CSMRE系統(tǒng)的能量傳輸效率,采用更為適合非接觸式變壓器的互感模型,引入映射阻抗概念,給出了四種基本補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中補(bǔ)償電容的匹配方法,分析了四種補(bǔ)償電路的功率傳輸特性,為使系統(tǒng)保持穩(wěn)定,推導(dǎo)了基本補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行條件。
  在MATLAB/Simulink環(huán)境下,根據(jù)狀態(tài)變量法,對(duì)非接觸式變壓器進(jìn)行補(bǔ)償建模與對(duì)比仿真,驗(yàn)證串

7、聯(lián)-串聯(lián)補(bǔ)償系統(tǒng)具有良好的補(bǔ)償效果。根據(jù)非接觸式同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,構(gòu)建非接觸式勵(lì)磁同步電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的Sim Power Systems模型,并對(duì)各個(gè)功能模塊分別進(jìn)行了模型建立與仿真分析,分析了采用CSMRE系統(tǒng)的同步電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。
  最后,搭建了CSMRE系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并研發(fā)了采用該勵(lì)磁系統(tǒng)的非接觸式勵(lì)磁同步電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。通過對(duì)CSMRE系統(tǒng)的補(bǔ)償特性與旋轉(zhuǎn)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,驗(yàn)證了文中所提出方法與仿真結(jié)果的正確性。同

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