CN110196998A - 一种新能源汽车电机驱动系统电机高频等效电路模型的建立方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车永磁同步电机系统电磁干扰发射等效电路模型建立的方法。该永磁同步电机系统电磁干扰发射电路模型包括：电阻部分、动态电感部分和寄生电容部分；所述的电阻由各单相定子绕组电阻构成；所述的动态电感各单相定子绕组电感构成；所述的寄生电容由各单相定子绕组之间的寄生电容，定子绕组自身的寄生电容，定子绕组对地寄生电容，三相绕组中性点对地寄生电容，定子绕组与转子间寄生电容，绕组对转子电容，转子与定子硅钢片之间电容以及轴承处的电容构成。本发明可以分析电机电气参数对共模干扰路径和差模干扰路径的影响，建立传导电压在电机侧的传递函数，获得影响产生共模电磁干扰和差模电磁干扰的因素，并且还能快速的对电机轴电压与共模电压之间的关系进行分析，及时找到引起电磁干扰的关键因素或部件，有效地对存在的电磁干扰问题进行整改。

Description

一种新能源汽车电机驱动系统电机高频等效电路模型的建立 方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车电磁兼容技术领域，特别是涉及一种新能源汽车电机驱动系统电机高频等效电路模型的建立方法。
背景技术
电磁兼容性作为新能源电机驱动系统的一项关键性能指标，对保障车辆安全出行、减少或避免故障具有非常重要的意义。在新能源汽车领域，电机驱动系统中功率器件(例如IGBT)的快速通断是电机驱动系统产生电磁干扰源的主要原因。电磁干扰源通过传导耦合和辐射耦合两种电磁能量耦合途径形成电磁发射。电机驱动系统的电磁发射不仅会导致自身系统及关键零部件损坏或者功能降级，还会对车载电子和无线信息系统带来威胁，甚至影响整车电磁发射造成邻车安全性的隐患。传导干扰测试和辐射干扰测试是在特定工况下对共模干扰和差模干扰造成结果的检测，对其形成的机理只能从宏观上进行一些定性分析，不能涵盖车辆多种工作模式多工况动态运行时的电磁干扰特征。建模仿真的方式可以克服测试方式的局限性，成为进行电磁干扰机理分析、预测和抑制的重要技术手段。因此，建模仿真是进行新能源车辆电机驱动系统电磁兼容分析预测的重要技术途径。随着电机驱动系统级的电磁干扰发射问题日益凸显，电机高频下的寄生参数对其电磁干扰源的传播路径有着极大的影响，故而建立电机高频寄生参数下的等效电路模型对预测电机驱动系统电磁干扰发射情况的需求越来越迫切。
目前，新能源车辆电机驱动系统电磁发射中有关电机等效电路模型搭建主要有：1)三相绕组的电感和电阻以及三相绕组中性点对地的寄生电容。在电机工作时提供的激励源频段范围内，这种模型对其工作状况的预测可以起到简化作用，但是在高频电磁发射频段内，这种简化模型显然不能预测实际情况的电磁发射值。2)考虑三相感应电机绕组与机壳间高频寄生参数。三相感应电机大多用于工业方面，而且考虑的高频寄生参数个数较少，在新能源车辆领域尤其是国内电机驱动系统采用永磁同步电机，故而原有的模型在新能源车辆领域适应价值不大。3)电机的仿真建模多采用集总电路和基于端口阻抗幅频特性构建等效电路建模。在预测新开发的电机及其驱动系统的电磁发射情况时很不方便，并且不能准确的对其驱动系统的电磁发射情况进行进行分析，快速找到因谐振而引起超标准限值的参数。
可见，建立准确的电机高频等效电路模型对电机驱动系统的电磁干扰发射进行分析具有很大的经济性和现实必要性。
发明内容
基于此，有必要提供一种新能源汽车电机电磁干扰发射等效电路模型的建立方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
电机系统电磁干扰发射电路模型包括：电阻部分、动态电感部分和寄生电容部分；所述的电阻由A相绕组Raw,B相绕组Rbw,C相绕组Rcw构成；所述的动态电感由A相绕组Law,B相绕组Lbw,C相绕组Lcw构成；所述的寄生电容由A相自身电容Ca,A相对地电容Caws,B相自身电容Cb，B相对地电容Cbws,C相自身电容Cc，C相对地电容Ccws，AB相绕组、BC相绕组、CA相绕组之间电容考虑三相定子绕组具有结构对称性故统一记为Cww,三相绕组中性点对地电容Cn，绕组对转子电容Cwr，转子与定子硅钢片之间电容Crs,以及轴承处的电容Cearing.
与现有建模方法相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种新能源汽车电机系统电磁干扰发射电路模型的建立方法。该模型可以根据电机结构中存在的电气参数建立电机的高频等效电路模型，并对电机的阻抗特性进行仿真，分析电机电气参数对共模干扰路径和差模干扰路径的影响，建立传导电压在电机侧的传递函数，获得影响产生共模电磁干扰和差模电磁干扰的因素，并且还能快速的对电机轴电压与共模电压之间的关系进行分析，及时找到引起电磁干扰的关键因素或部件，有效地对存在的电磁干扰问题进行整改。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种永磁同步电机系统电磁干扰发射等效电路模型示意图；
图2为本发明实施例一种永磁同步电机三维结构示意图；
图3为本发明实施例一种永磁同步电机高频寄生电容分布示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
图1为本发明实施例一种永磁同步电机系统电磁干扰发射等效电路模型结构示意图；图2为本发明实施例一种永磁同步电机三维结构示意图；图3为本发明实施例一种永磁同步电机高频寄生电容分布示意图。
参见图1，该等效电路模型示意图显示了电机的电阻、动态电感和寄生电容的分布情况，可以看出电机相绕组的电阻和动态电感串接在电路中与电机绕组自身电容并联，相线之间的寄生电容并联，单相对地寄生电容并联，电机三相绕组在电机内端相连接在一起与大地间存在寄生电容；电机转子对定子硅钢片的寄生电容与轴承电容并联后再与定子绕组对转子的寄生电容串联，整体再与电机中性点对地的寄生电容并联。
参见图2，根据电机的结构参数在ANSYS MAXWELL软件中建立三维模型，根据三维模型中可以清晰直观的知道电机主要由定子硅钢片、定子绕组、永磁体、转子硅钢片、转子轴以及与定子硅钢片相连接的外壳几部分组成，另外在ANSYS MAXWELL软件中根据电机的三维结构可以在瞬态场中提取动态电感参数，静电场中提取寄生电容参数，电阻可在RMxprt模块中得到。
参见图3，在电机二维结构的四分之一中对其寄生电容分布情况进行示意，通过示意图可以清楚的知道相线绕组间寄生电容Cww，定子硅钢片与转子间寄生电容Csr,定子绕组与转子间寄生电容间Cwr,定子绕组与定子硅钢片间Cws，轴承寄生电容Cbearing的分布情况。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种新能源汽车电机驱动系统电机高频等效电路模型的建立方法，其特征在于，包括：电阻部分、动态电感部分和寄生电容部分。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车电机驱动系统电机高频等效电路模型的建立方法，其特征在于，电阻部分由A相绕组Raw,B相绕组Rbw,C相绕组Rcw构成，且三个绕组之间相互并联。
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车电机驱动系统电机高频等效电路模型的建立方法，其特征在于，所述的动态电感由A相绕组Law,B相绕组Lbw,C相绕组Lcw构成，三个电感分别与同绕组的电阻串联，不同绕组间相互并联，即A相绕组Raw+Law,B相绕组Rbw+Lbw,C相绕组Rcw+Lcw,(Raw+Law)与(Rbw+Lbw)并联，(Rbw+Lbw)与(Rcw+Lcw)并联。
4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车电机驱动系统电机高频等效电路模型的建立方法，其特征在于，所述的寄生电容I由A相绕组自身电容Ca,B相绕组自身电容Cb,C相绕组自身电容Cc，A相绕组自身电容Ca与(Raw+Law)并联，B相绕组自身电容Cb与(Rbw+Lbw)并联，C相绕组自身电容Cc与(Rcw+Lcw)并联。
5.根据权利要求1所述的一种新能源汽车电机驱动系统电机高频等效电路模型的建立方法，其特征在于，所述的寄生电容II由A相绕组对地电容Caws,B相绕组对地电容Cbws,C相绕组对地电容Ccws构成，A相绕组对地电容Caws在电机端输入侧连接于A相绕组与定子硅钢片之间，B相绕组对地电容Cbws在电机端输入侧连接于B相绕组与定子硅钢片之间，C相绕组对地电容Ccws在电机端输入侧连接于C相绕组与定子硅钢片之间。
6.根据权利要求1所述的一种新能源汽车电机驱动系统电机高频等效电路模型的建立方法，其特征在于，所述的寄生电容III分别由AB相绕组、BC相绕组、CA相绕组之间电容考虑三相定子绕组间寄生电容Cww构成,考虑定子三相绕组具有结构对称性故统一记为Cww,AB相绕组间的寄生电容Cww分布于电机输入端AB相之间，BC相绕组间的寄生电容Cww分布于电机输入端BC相之间，CA相绕组间的寄生电容Cww分布于电机输入端CA相之间。
7.根据权利要求1所述的一种新能源汽车电机驱动系统电机高频等效电路模型的建立方法，其特征在于，所述的寄生电容Ⅳ分别由三相绕组中性点对地电容Cn，绕组对转子电容Cwr，转子与定子硅钢片之间电容Crs,以及轴承处的电容Cearing构成，电机三相绕组中性点对地寄生电容Cn在电机内端相接在与大地间；电机转子对定子硅钢片的寄生电容Crs与轴承电容Cearing并联后再与定子绕组Cwr对转子的寄生电容串联，整体再与电机中性点对地的寄生电容Cn并联,即((Crs并联Cearing)+Cwr)并联Cn。
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