基于矢量拟合法的永磁同步电机EMI模型

电动汽车中永磁同步电机常采用星型联结,因此建立星型联结的永磁同步电机高频阻抗模型是有必要的。首先,采用常见的电机EMI模型（π型）作为星型联结的永磁同步电机EMI模型,使用矢量拟合法推导电机EMI模型等效电路的阶数。在20 Hz~30 MHz范围内,永磁同步电机π型EMI模型的等效电路需要225个储能元件,为了降低电机EMI模型等效电路的复杂性,进一步分析了Γ型阻抗模型和反Γ型阻抗模型,将星型联结的永磁同步电机EMI模型的等效电路储能元件数降到56个。通过对比3种阻抗模型的端口阻抗特性,验证EMI模型优化方法的可行性。将电机EMI模型的等效电路代入电机驱动EMI仿真系统中进行时域仿真,仿真时域波形经EMI接收机模型处理得到噪声频谱。在150 kHz~30 MHz频率范围内,电动机驱动系统EMI接收机测试结果与仿真结果基本一致。     

永磁交流伺服驱动系统共模EMI噪声的预测及抑制

永磁交流伺服驱动系统中高du/dt、di/dt在系统中寄生参数作用下感应出的电磁干扰,随着开关频率的不断提高,已逐渐影响到其在高精密场合下的可靠运行。电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)模型的研究,是电磁干扰分析、预测及其抑制的基础。本文研究出一种永磁交流伺服驱动系统共模EMI噪声的预估方案:针对典型系统中的智能功率模块(IPM)装置,通过分析开关管状态切换过程中IPM桥臂中点电位的跳变,等效出共模噪声源模型;在阐述共模干扰传播路径的基础上,利用不同方法提取了传播通道中所涉及的各主要部件(变流器、屏蔽线缆及永磁同步电机)的高频参数;在150k Hz~30MHz频段内,对其共模EMI噪声进行了实际测量,与仿真结果的对比验证了本文所建模型的正确性。根据样机实测EMI噪声,对于超出电磁兼容标准部分,提出了通过设计平面EMI滤波器滤除的方案,最终通过实验对该新型滤波器噪声抑制效果的有效性进行了验证。     

基于Modelica纯电动汽车用永磁同步电机仿真

电动汽车是多领域耦合的复杂物理系统.基于多领域统一建模语言Modelica建模,可实现各系统参数无缝求解与优化.在对电动汽车整车性能仿真分析中,电机驱动系统是电动汽车核心部件,其准确性和实用性占据十分重要位置.采用Modelica语言,基于Dymola平台建立永磁同步电机驱动系统仿真模型,结合电机及驱动系统台架测试实验,对电机驱动系统进行检验和校正.在此基础上,以实验纯电动汽车整车仿真验证模型,仿真结果与台架测试结果接近,验证了其正确性与可行性.     

Z源三相三电平矩阵变换器研究

提出了一种应用于电动汽车电机驱动的Z源三相三电平矩阵变换器(ZS-SMC)拓扑,该拓扑克服了已有电动汽车多电平逆变器的诸多缺陷:成本高、损耗高、谐波大、可靠性低等。分析了ZS-SMC的改进同相载波层叠法的调制策略,并通过在调制波中引入零序分量,提高了直流电压的利用率。给出了基于ZS-SMC的内置式永磁同步电机驱动系统的控制策略。建立了系统仿真模型,仿真结果验证了所提拓扑及其控制策略的正确性和可行性。     

交流发电机整流系统传导电磁干扰的时域模型与仿真分析

该文针对交流发电机整流系统的传导电磁干扰进行时域仿真研究。对一实际系统进行了实验测试，基于传导EMI产生机理的分析，建立了可对系统传导EMI进行仿真研究的时域模型，并且考虑了系统中高频段不可忽视的寄生参数的影响。通过把每组绕组分成数阶相同的π型电路来描述电机绕组的分布寄生参数，给出了提取电机高频模型中分布参数的一种方法。把系统简化为由主要寄生参数组成的谐振电路，利用MATLAB软件对实验系统的传导电磁干扰进行时域仿真研究，通过实验和仿真结果的对比验证了模型的正确性。     

考虑铁芯损耗的内置式永磁同步电机模型参数测量

提出一种计及铁芯损耗的内置式永磁同步电机模型参数测量方法。基于实验室常用的永磁同步电机驱动控制平台,详细阐述永磁磁链、定子电阻、等效铁损电阻和d、q轴电感参数的测量原理及实现方法。所提方法具有理论概念清晰、实现简单、通用性强的特点。通过对内置式永磁同步电机进行实际测试,验证所提方法的有效性和可行性。     

基于dSPACE实验平台的永磁同步电机参数测量

永磁同步电机参数的准确测量对高性能的永磁同步驱动系统的分析与控制至关重要。该文基于dSPACE测试平台,应用新的参数测量方法测量永磁同步电机参数。利用永磁同步电机发电实验及相应模型仿真来检验测试所得电机参数的准确度。测试结果和仿真结果吻合较好,说明了该方法的可行性和有效性,具有工程实际应用价值。     

电动车用永磁同步电机的三相短路稳态分析与应用

基于永磁同步电机的d,q坐标系数学模型,对其三相对称短路稳态特性进行了深入的理论推导,给出了三相短路时的转矩-转速特性和电流-转速特性解析表达式,分析了永磁磁链、极对数、直轴电感、交轴电感、定子相电阻等电机本体参数对三相短路特性的交叉影响。结合电动汽车用动力电机产品开发的特殊需求,阐述了三相短路的危害与应用。仿真和试验结果验证了所提分析方法及数学模型的正确性,为电动汽车用永磁同步电机驱动系统的设计提供重要理论指导。     

开绕组永磁同步电机最小铜耗控制策略研究

开绕组永磁同步电机由两组逆变器驱动,具有大功率、大扭矩的特点,应用于电动汽车。由于能耗对电动汽车极其重要,因此对降低开绕组永磁同步电机铜耗进行了研究,提出基于该系统的变解耦角度调制策略。该策略以两组逆变器输出电压矢量之间的夹角(解耦角)为控制变量,利用树种优化算法根据电机不同负载状态选择最佳解耦角,以减少开绕组永磁同步电机铜耗。通过仿真验证,在轻载工况下,可减少25%的铜耗,证明了该策略的优越性,为控制电动汽车运行损耗提供了理论支撑。     

一种永磁同步电机参数测量方法

基于永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)的数学模型,由数学推导得出PMSM在d,q坐标系下电感参数的理论公式,通过电桥测量电机的静态三相电感和三相电阻参数即可计算得到d,q轴电感和相电阻参数。该方法无需考虑电机永磁转子的当前位置,无需额外测量电路及进行驱动控制,具有理论清晰、测量简单、通用性强等特点。针对PMSM磁链参数,将电机加速到一定转速后通过测量开路电压及转子频率,即可计算获得磁链系数。实验验证了该测量方法的正确性和准确性。     

计及频率特性的感应电动机参数变化对负荷特性的影响

对于网架结构比较薄弱的省网系统或者系统解列后形成的孤岛,发生故障时会引起比较大的频率波动。感应电动机作为电力系统动态负荷的主要成分,进行建模时考虑其频率特性尤为重要。基于感应电动机数学模型,考虑恒机械转矩、恒机械功率和变机械转矩等不同负载特性,在计及频率特性的情况下,通过解析法得到感应电动机转子滑差、有功功率和无功功率的表达式。当感应电动机的定子电感、转子电感、励磁电感和转子电阻变化幅度分别为±30%时,分析负荷特性参数变化对不同频率下的感应电动机吸收有功功率和无功功率的影响。利用Matlab建立感应电动机五阶电磁暂态仿真模型,仿真分析感应电动机参数变化对负荷特性的影响。将理论计算与仿真实验的结果进行对比,验证了所提方法的正确性。     

EMI characterization and simulation with parasitic models for a low-voltage high-current AC motor drive

In this paper, a 12-V 1-kW permanent-magnet ac motor drive is tested extensively at a wide frequency range, and the frequency spectra are partitioned for identification of noise sources and their propagation paths. Switching characterization of the power MOSFET and its body diode reverse-recovery characterization are evaluated for circuit modeling. The parasitic components and common mode path are identified and measured with the time-domain reflectometry (TDR) method. The inverter circuit model is then constructed with major parasitic inductance and capacitance in device modules, passive components, leads, and interconnects. To verify the validity of the inverter model, a comparative study is performed with computer simulations and hardware experiments. The fundamental mechanisms by which the electromagnetic interference (EMI) noises are excited and propagated are analyzed, and the significant roles of parasitic elements coupling with device switching dynamics in EMI generation are examined. The results indicate that the identification of parasitic inductance through TDR measurement helps verify the voltage spike during turn-off, or vice versa. The conducted EMI noise caused by parasitic components of bus capacitor, dc bus, and devices is proven to be identifiable with the characterization and simulation techniques used in this paper.     

Improved PMSM model considering flux characteristics for model predictive‐based current control

Model predictive‐based current control, which was proposed in our previous study, offers better current response performance by employing mathematical models of an inverter and a permanent magnet synchronous motor (PMSM). The performance of this kind of approach depends on the predictive model. From a more practical point of view, current behavior in the steady state should be improved. In our previous model predictive‐based current control, the inverter model was refined by taking the dead‐time into consideration. The use of the refined inverter model reduces the current offset in the control. However, the PMSM model was not investigated. This paper proposes a more appropriate PMSM model for model predictive‐based current control in order to improve the current prediction in the steady state. For the purpose, we incorporate more detailed magnetic flux characteristics instead of average characteristics into the improved PMSM model. Specifically, in the improved PMSM model, the inductance of the PMSM is divided into transient and steady‐state parts on the basis of magnetic saturation. The effectiveness of the improved model in the model predictive‐based current control is demonstrated through simulations and experiments. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于IGBT开关过程的变流器杂散电感分析方法

在IGBT关断的瞬态过程中,变流器杂散电感会使IGBT的集、射极之间产生较高的电压尖峰,从而造成较大的电磁干扰,甚至导致IGBT损坏。若能测量变流器杂散电感,则可在一定程度上预估该电压尖峰,并设计适当的缓冲电路。本文分析了IGBT开通和关断瞬态过程中各阶段的电压和电流,提出了一种优化的基于IGBT开关过程的大功率变流器杂散参数分析方法。通过双脉冲测试方法对西门康功率器件SKM400GAL176D的开关过程进行测试,获取其开通和关断瞬态过程曲线,利用前述方法计算出母排杂散电感。将计算结果与仿真软件提取结果、E4980A阻抗分析仪测试结果进行对比,验证了该方法的准确性与实用性。     

基于GaN的并联反激均衡器的设计分析

分析寄生电感与结温对GaN并联电路的性能影响。首先理论分析寄生电感与结温的影响情况,得出这些因素与电路损耗的关系式;并且结合仿真,测试出该变换器的电压电流图像。基于并联反激均衡器理论分析与仿真电路的结果进行研究分析,得出了电路PCB的布局方案和电路的控制策略,能够更好地解决电路的延迟、振荡和不均衡的现象。最后通过设计出来的样机,与Si的电路和不同负载情况,对比分析电路的稳定性能与均衡性能,验证所得到的布局方法与控制策略能够降低寄生电感与结温对于电路的影响情况。     

基于磁链重构的永磁同步电机分布参数模型

针对基于电感的永磁同步电机(PMSM)线性集中参数模型无法描述电机磁路饱和、反电动势非正弦等非理想特性的问题,提出一种基于磁链重构的PMSM分布参数模型,并进行了仿真和试验验证。首先通过有限元分析(FEA)获取电机不同工作点下的磁链,其次利用傅里叶级数展开和多项式拟合方法对磁链进行重构,再根据重构的磁链建立起PMSM分布参数模型,并进行了仿真和试验验证。仿真和试验结果表明,模型能准确描述PMSM在不同工况下的非线性特性。     

利用耦合电感改善EMI电源滤波器高频幅频特性的研究

高频开关电源的传导性电磁干扰EMI（ElectroMagnetic Interference）是电力电子装置应用的主要障碍之一,EMI电源滤波器能有效抑制其干扰传导。在高频状态下．EMI电源滤波器的电容器和电感器所带有的等效寄生参数会影响EMI高频性能,基于此提出了利用高频元器件的等效寄生参数间的互感耦合改善滤波器高频性能的措施,考虑了差模电感与电容器的寄生串联电感之间存在互感耦合以及2个串联支路的串联电感之间存在耦合电感2种情况。在分析带有寄生参数的差模等效电路的基础上,进行了仿真研究。结果表明,利用寄生参数的互感耦合使得EMI电源滤波器的高频性能有所改善。     

一种改进的高增益无电压尖峰分裂Y源逆变器

在分布式可再生能源发电系统中,Y源逆变器YSI（Y-source inverter）拓扑已被应用于实现灵活地升降压。然而在系统需要高电压增益时,Y源逆变器的调制因数和升压占空比相互制约的缺陷导致其电压质量和直流母线利用率大大降低。此外,在考虑漏感的影响时,YSI会产生由感应电流突变引起的电压尖峰。鉴于此,提出一种改进型分裂Y源逆变器ISYSI（improved split Y-source inverter）,通过把分裂源结构与Y源阻抗网络相结合并且加入电压钳位单元,不仅能有效解决上述问题,还可以显著提高系统电压增益,同时消除二极管寄生电容和Y源阻抗网络漏电感谐振引起的电压振荡。对ISYSI进行详细的理论分析,仿真与实验结果验证了该逆变器的可行性。     

基于参数辨识的永磁同步电机无位置传感器控制

针对电机运行过程中参数变化会影响永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制性能的问题,将递推的最小二乘法(RLS)用于PMSM参数的在线辨识,在最大转矩电流比控制策略下,使用基于BP神经网络改进的模型参考自适应系统构建无位置传感器控制方案,提出了基于在线参数辨识的PMSM无位置传感器控制方案。运用递推的RLS对PMSM的交轴电感和转子磁链进行在线辨识,并将参数辨识结果应用于电机无位置传感器算法中。仿真和试验证明了基于递推的RLS参数辨识算法可以对PMSM的转子磁链和交轴电感值进行准确辨识,基于参数辨识的PMSM无位置传感器控制方案性能更好。     

基于“负参数”理论的EMI滤波器寄生参数的双重消除

EMI滤波器是抑制传导电磁干扰的有效器件,但分立元件的自有寄生参数对其高频段性能有重要影响。本文利用两个同侧耦合电感器等效出"负电感"和在电感器中心处连接电容器等效出"负电容"的方法,消除滤波器中的寄生电感和寄生电容。为有效控制二次寄生参数对消除效果的影响,设计了一种新型平面"消除器"和双线并绕串联结构的电感器,其中前者为上、下交错排列的PCB导线构成的圆形线圈,采用3D有限元法计算了两交错线圈的互感,为设计该类消除器提供了一种数值计算方法;后者通过高耦合度的线圈中间节点与地之间接一4倍于寄生电容的电容器,可有效消除电感器的一次及二次寄生电容。将此类具有消除器的元件应用于EMI共模滤波器,以此消除对应的寄生参数,实验表明滤波器的高频性能得到了明显改善。