CN113378358A - 一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法 - Google Patents
一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113378358A CN113378358A CN202110554321.6A CN202110554321A CN113378358A CN 113378358 A CN113378358 A CN 113378358A CN 202110554321 A CN202110554321 A CN 202110554321A CN 113378358 A CN113378358 A CN 113378358A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- model
- interference
- brush motor
- current brush
- impedance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 86
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 81
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 111
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 62
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 claims description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 12
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 3
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 241000533950 Leucojum Species 0.000 description 1
- 241000252067 Megalops atlanticus Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- -1 distance are 100mm Chemical compound 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
- G01R31/346—Testing of armature or field windings
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)
Abstract
本发明涉及一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，包括以下步骤：进行电机绕组元件阻抗特性测试，建立电机绕组元件的阻抗模型；建立换向模型、电源模型和LISN模型，结合阻抗模型得到直流有刷电机的传导干扰模型，仿真得到传导干扰仿真结果；建立直流有刷电机的三维辐射干扰测试模型，仿真得到辐射干扰仿真结果。与现有技术相比，本发明通过阻抗特性测试建立电机绕组元件的阻抗模型，结合换向模型、电源模型和LISN模型得到传导干扰模型，得到传导干扰仿真结果；建立三维辐射干扰测试模型并使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果，能够分析直流有刷电机内部的传导干扰和对外的辐射干扰，为预测电机电磁干扰提供理论支撑和学术依据。
Description
技术领域
本发明涉及有刷电机领域，尤其是涉及一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法。
背景技术
直流有刷电机，是内含电刷装置的将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机，直流有刷电机设有电刷和换向片，在直流有刷电机的工作过程中，电机旋转使得电刷和换向片不断地接通和断开，电机的绕组元件内的电流频繁换向使得其感性绕组元件内能量过高，这个过程中很容易产生换向火花。换向火花会通过电机绕组传递到电机外接电源线上进而产生急剧变化的电压，急剧变化的电压会通过导线，然后以传导干扰和辐射干扰的方式影响其他设备的正常工作。传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰；辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。
目前汽车的电子化程度越来越高，汽车内的电子设备尤其是汽车的整车控制器、中控屏和低压电子设备等对电磁干扰比较敏感，因此当电路中或者空间中电磁干扰的幅值较大时会对电子设备的正常运行产生影响。比如中控屏出现“雪花”或者出现电磁杂音，严重的话甚至会使得汽车的整车控制器出现控制失误进而导致汽车的安全性能受到影响。直流有刷电机的电磁干扰问题已经成为影响汽车电磁安全性的重要因素之一。
因此对电机的电磁干扰产生机理进行准确的分析，进而分析电机内部的传导干扰和对外的辐射干扰，对降低直流有刷电机的电磁干扰以减少对外界电子设备的影响具有重要的意义。公开号为CN108680813A的中国发明专利公开了一种电磁干扰建模仿真方法及装置，在低频阻抗模型的基础上获取干扰源的低频特性，利用低频特性计算出干扰源的高频特性后，集成到直流有刷电机的全波模型中，通过仿真计算得到电磁干扰。但是，该方法在得到低频(100KHz以内)的干扰后，通过函数数据拟合的方式得到高频干扰(100MHz)，这样的拟合过于理想化，没有考虑到低频干扰和高频干扰的特性是存在区别的，因此得到的电磁干扰不够精确，说服力不足。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，通过阻抗特性测试，建立电机绕组元件的阻抗模型，结合换向模型、电源模型和LISN模型得到直流有刷电机的传导干扰模型，得到传导干扰仿真结果；建立三维辐射干扰测试模型并使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果，分析直流有刷电机内部的传导干扰和对外的辐射干扰，为预测电机电磁干扰提供理论支撑和学术依据。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，包括以下步骤：
进行电机绕组元件阻抗特性测试，得到阻抗测试数据，基于阻抗测试数据建立电机绕组元件的阻抗模型；根据直流有刷电机的换向过程建立直流有刷电机的换向模型，以模拟直流有刷电机换向过程中电机绕组元件的短路状态；根据直流有刷电机的传动干扰测试环境参数建立电源模型和LISN模型；
基于阻抗模型、换向模型、电源模型和LISN模型建立直流有刷电机的传导干扰模型；对直流有刷电机进行传导干扰测试，得到传导干扰测试结果，对传导干扰模型进行仿真分析，得到传导干扰仿真结果，将传导干扰测试结果与传导干扰仿真结果进行对比，如果误差大于预设置的精度阈值，则调整传导干扰模型；
建立直流有刷电机的三维辐射干扰测试模型；对直流有刷电机进行辐射干扰测试，得到辐射干扰测试结果，基于三维辐射干扰模型，使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果，将辐射干扰测试结果与辐射干扰仿真结果进行对比，如果误差大于预设置的精度阈值，则调整三维辐射干扰模型。
进一步的，阻抗模型的建立过程具体为：使用阻抗分析仪对电机绕组元件从150KHz到108MHz进行扫频，采样各个频率点的阻抗幅值和相位值，得到阻抗测试数据，基于阻抗测试数据使用RLC串并联电路拟合得到电机绕组元件的等效阻抗电路模型，即阻抗模型。
更进一步的，建立阻抗模型还包括：使用阻抗分析仪对电机绕组元件与直流有刷电机外壳之间的寄生电容进行测试，并确定寄生电容的大小，在建立的阻抗模型中添加寄生电容。
进一步的，根据直流有刷电机的换向过程建立直流有刷电机的换向模型具体为：计算直流有刷电机的换向周期，以及换向周期中的短路时间和非短路时间，使用仿真软件中的理想开关元件控制短路时间，得到直流有刷电机的换向模型。
进一步的，在仿真软件中对传导干扰模型进行时域仿真和FFT频域变换得到传导干扰频谱，即传导干扰仿真结果。
进一步的，建立直流有刷电机的三维辐射干扰测试模型具体为：基于直流有刷电机的辐射干扰测试环境参数，在仿真软件三维建模环境中建立直流有刷电机的三维结构模型，将电源、电源线、电机端口抽象为电学参数，建立二维电路模型；将二维电路模型与三维结构模型进行联合仿真，得到三维辐射干扰测试模型。
进一步的，使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果具体为：使用电流钳对直流有刷电机的电源线中的电流干扰进行测试，得到共模干扰测试结果；在三维辐射干扰测试模型中添加单位激励，仿真得到三维辐射干扰测试模型的传递函数；将共模干扰测试结果作为三维辐射干扰测试模型中的激励源，结合传递函数，仿真得到辐射干扰仿真结果。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)通过阻抗特性测试，建立电机绕组元件的阻抗模型，结合换向模型、电源模型和LISN模型得到直流有刷电机的传导干扰模型，得到传导干扰仿真结果；建立三维辐射干扰测试模型并使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果，分析直流有刷电机内部的传导干扰和对外的辐射干扰，为预测电机电磁干扰提供理论支撑和学术依据。
(2)在阻抗模型建立时，对电机绕组元件进行自低频至高频的阻抗测试，基于测试结果使用RLC串并联电路拟合等效电路模型，并考虑高频测试时电机绕组元件与外壳之间的寄生电容，将寄生电容加入等效电路模型中。
(3)初步构建传导干扰模型和三维辐射干扰测试模型后，将模型的电磁干扰仿真结果与直流有刷点击的电磁干扰测试结果进行对比，以验证仿真结果的准确性，并进一步调整模型的参数。
附图说明
图1为实施例中直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法的流程图；
图2为实施例中阻抗模型建立的流程图；
图3为实施例中建立电机绕组元件模型需要的谐振元电路；
图4为实施例中谐振元电路的阻抗频谱图；
图5为实施例中电机绕组元件的等效电路模型；
图6为实施例中考虑寄生电容后电机绕组元件的等效电路模型；
图7为实施例中电刷与换相片的想对位置示意图；
图8为实施例中换向模型的示意图；
图9为实施例中传导干扰测试流程图；
图10为实施例中传导干扰模型的示意图；
图11为实施例中辐射干扰仿真结果的计算流程图；
图12为实施例中单位激励端口的参数配置图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，参加图1，包括以下步骤：
进行电机绕组元件阻抗特性测试，得到阻抗测试数据，基于阻抗测试数据建立电机绕组元件的阻抗模型；根据直流有刷电机的换向过程建立直流有刷电机的换向模型，以模拟直流有刷电机换向过程中电机绕组元件的短路状态；根据直流有刷电机的传动干扰测试环境参数建立电源模型和LISN模型；
基于阻抗模型、换向模型、电源模型和LISN模型建立直流有刷电机的传导干扰模型；对直流有刷电机进行传导干扰测试，得到传导干扰测试结果，对传导干扰模型进行仿真分析，得到传导干扰仿真结果，将传导干扰测试结果与传导干扰仿真结果进行对比，如果误差大于预设置的精度阈值，则调整传导干扰模型；
建立直流有刷电机的三维辐射干扰测试模型；对直流有刷电机进行辐射干扰测试，得到辐射干扰测试结果，基于三维辐射干扰模型，使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果，将辐射干扰测试结果与辐射干扰仿真结果进行对比，如果误差大于预设置的精度阈值，则调整三维辐射干扰模型。
1.阻抗模型
如图2所示，根据电机绕组元件的阻抗特性以及电机绕组元件与外壳之间的寄生电容，建立阻抗模型。
阻抗分析仪一般用于测量无源元件的阻抗。在进行阻抗特性测试时，阻抗分析仪对电机绕组元件从150KHz到108MHz进行扫频，采样各个频率点的阻抗幅值和相位值。根据阻抗特性测试结果，对电机绕组元件的阻抗特性进行分析。观察测量得到的阻抗频谱图，整体是先降低后增加，在增加段有多个波峰波谷。而且该阻抗频谱图的走势适应于其他类型的直流有刷电机的绕组元件阻抗频谱图。
使用RLC串并联电路对电机绕组元件的阻抗进行拟合。分别对电机绕组元件进行多次采样，然后将阻抗测试数据导入电脑，在Excel中处理数据取多组数据的平均值。对于LC串联电路，其阻抗总是呈现出先减少后增加的趋势。这是因为在低频段，电容对电路的阻抗影响比较大，因此电路的阻抗随着频率的增加而减小。而在高频段，则电路中的电感对电路的阻抗影响比较大，因此电路的阻抗随着频率的增加而增加。
在进行电路拟合前需要对阻抗频谱图上的谐振点有一定的了解。阻抗趋势发生改变时对应的频率点为谐振频率点fre。可以选择不同的LC参数组合形成不同的谐振频率，理论计算公式如下所示。
在式子中，fre为谐振频率，C为电容大小，L为电感大小。通过调整LC的取值，可以使得LC串联电路走势基本符合测试结果。为了模拟出电机绕组元件的阻抗频谱图上出现的其他波峰，可以在LC串联电路的基础上再添加如图3所示的谐振元电路模拟出如图4所示的阻抗波峰。
考虑到添加进入的谐振元对于之前串联进去的电路在高频段的阻抗的影响要尽可能的小，可以在谐振元模型中选择一个比较小的电感，这样在高频段谐振元自身的电感特性对于绕组模型影响就比较小。通过上述操作最终可以大致确定L1，C1的参数。
在上述情况下，可以通过参数化的计算得到阻抗频谱图中的谐振点，但谐振点处阻抗的大小还需要确定。可以在L1，C1并联的基础上通过调整R1的取值来保证在谐振点处的仿真计算的阻抗数值大小与实际测试结果相吻合。通过计算在谐振频率处串联LC电路的阻抗大小，确定谐振元结构在另一处谐振频率处的阻抗大小，并最终确定R1取值。
结合上式，计算得到元器件参数，将上面计算得到的各个元器件参数带入仿真软件Pspice中，在仿真软件中建立等效阻抗电路模型。为了适应仿真软件的仿真，可以对等效阻抗电路模型做出修改，修改的前提是对体现模型阻抗特性的参数均不作出改动，最终确定的电机绕组元件阻抗模型如图5所示。
在进行直流有刷电机的传导干扰测试实验时，直流有刷电机的金属外壳与测试平台是直接接触的，在进行高频阶段仿真时，直流有刷电机与外壳之间的空隙导致的寄生电容不能忽略，因此，建立阻抗模型时需要考虑直流有刷电机与外壳之间的寄生电容。对电机绕组元件与外壳之间的寄生电容进行测试，确定寄生电容的数值大小。
将直流有刷电机的外壳当做“地”，即0电势点。对于一个电机绕组元件和地之间的寄生电容，可以将电机绕组元件的两端视为分别对地有一个寄生电容，将阻抗模型修改为图6这种形式。仿真时默认电机绕组元件的两个接线头对地的阻抗在数值上差别不大，可以认为线圈的两个接头相对于地的寄生电容基本是相同的，即Cgnd1≈Cgnd2。
金属外壳与电机绕组元件之间的寄生电容的参数，可以通过阻抗分析仪进行测试，将阻抗分析仪的一个测试探头夹持电机绕组元件的接头，阻抗分析仪的另一个测试探头夹持外壳，然后利用电容阻抗计算公式与阻抗分析仪得到的测试结果进行拟合，确定寄生电容的数值大小。
本申请对电机绕组元件进行自低频至高频的阻抗测试，得到电机绕组元件低频至高频的阻抗，基于测试结果使用RLC串并联电路拟合等效电路模型，并考虑了寄生电容，得到的等效电路模型更加贴合电机绕组元件的阻抗特性，从而为低频和高频下的电磁干扰提供更精确的模型。
2.直流有刷电机的换向模型
在直流有刷电机换向的过程中，因为电刷与换向片的交替接触会导致换向电压的波动进而产生电磁干扰。直流有刷电机的换向导致的电压波动是整个直流有刷电机运转中的传导干扰激励源，因此对直流有刷电机的换向过程进行准确建模是提高仿真准确性关键的一步。本申请从直流有刷电机换向时各个电机绕组元件的通断情况出发，利用Pspice中的理想时间开关元件来模拟直流有刷电机在换向时电机绕组元件的短路情况。
直流有刷电机在换向时，在一个换向周期内随着时间的增加，直流有刷电机的电机绕组元件会有规律的被短路。当电刷处于相邻换向片之间时，因为相邻的两个换向片电势相同，即相邻换向片之间的电机绕组元件会被短路。
本实施例中的直流有刷电机为8绕组结构，有一组对称的电刷和8个组成环形的换向片。当直流有刷电机的电刷处于相邻换向片之间时，会有两个电机绕组元件被短路，出现电枢绕组短路，当电刷完全在换向片上时，电枢不会被短路。
实际上，电机绕组元件中换向片和电刷均为圆弧形，对应到转子轴中心有一个弧度角，且电刷相对于轴中心的弧度角小与换向片对应的弧度角，因此电机绕组元件在运行中时存在8个电机绕组元件均有通电的情况。只是当电刷处于两个换向片之间时，会出现电枢绕组短路。为了便于计算换向过程中的电枢的短路时间，基于电刷与换向片的相对位置可以绘出如图7所示的示意图。
图7中黑色矩形的为电刷，下面的白色矩形是换向片。4个图片代表一个换向周期。实际运行中是换向片在移动，为了便于理解，在这里简化为电刷移动，且将电刷和换向片简化为矩形。
图7中的4幅图对应了换向时的4个状态：一开始的是电刷没有进入换向；换向片准备进入换向；换向片进入换向；换向结束。
经过旋转角度与直流有刷电机转速之间的关系式可以计算出直流有刷电机的的一个换向周期、换向周期中的短路时间和非短路时间。
本实施例中仿真的直流有刷电机采用8绕组模型，即非短路状态为两个串联的4绕组并联，在发生短路时为两个串联3绕组并联。在换向过程中，电机绕组元件的短路时间是一个非常重要的数据，对于最终的仿真结果影响比较大。
在PSPICE中，通过在电枢上面添加开关元器件TCLOSE和TOPEN来模拟出电机在换向过程中一个电枢的短路效果。其中两个开关时间间隔即为计算得到的短路时间。根据之前建立的阻抗模型，以及计算的电枢短路时间，在Pspice中结合阻抗模型和换向模型，如图8所示。
本申请使用开关元器件来模拟换向过程，能更加精确的控制短路时间。
3.电源模型、LISN模型、传导干扰模型
进行直流有刷电机的传导干扰测试，本实施例中直流有刷电机的传导干扰测试实验是按照CISPR25传导干扰测试的电压法进行的，图9是直流有刷电机进行传导干扰测试时的装置布置图。
图9中，电压源即电池，是一个12V的蓄电池，电池的正负极线分别连接两个LISN，直流有刷电机在运转的过程中，因换向等因素产生的电压波动通过线束传递到LISN上，接收机通过同轴屏蔽线缆与LISN输出端连接，得到直流有刷电机的传导干扰测试结果。
在图8中所示的阻抗模型与换向模型的基础上，建立电源和LISN的理想模型，然后得到直流有刷电机的传导干扰模型，如图10所示。建立传导干扰模型后，利用Pspice的时域仿真功能，对LISN输出端口的电压数据进行时域仿真，然后利用Pspice的FFT功能，对仿真结果进行频域变换得到直流有刷电机的的传导干扰频谱，即传导干扰仿真结果。
传导干扰仿真结果与传导干扰测试结果进行对比分析，以验证仿真结果的准确性，并调整传导干扰模型，从而提高了精度。
传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰；辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。上述步骤建立了直流有刷电机的传导干扰模型，下面进行直流有刷电机的辐射干扰模型建立。
4.三维辐射干扰测试模型
在对直流有刷电机的辐射干扰进行建模之前，需要对直流有刷电机的辐射干扰实验进行一定的了解。本申请依据CISPR25直流有刷电机辐射干扰ALSE法得到直流有刷电机的辐射干扰强度。进行直流有刷电机的辐射干扰测试，得到直流有刷电机的辐射干扰测试结果。
在布置测试环境的同时，得到了直流有刷电机的辐射干扰测试环境的外部环境的相关参数，包括：直流有刷电机与铜板边缘相差200mm，线束与铜板边缘距离为100mm，试验线束长度为1500mm，测试点距离试验线束为1000mm，铜板外界不会反射电磁波，地面是金属材质，四周环境加顶部为吸波材质等。这些实验布置参数有助于后续建立三维辐射干扰测试模型时创建出一个更为准确的电机辐射干扰模型。在仿真软件三维建模环境中建立直流有刷电机的三维结构模型。
建立直流有刷电机的三维结构模型之后，需要考虑三维结构模型端口处的电学参数，此时可以将电源、电源线、电机端口抽象为电学参数建立二维电路模型与三维模型进行联合仿真，得到三维辐射干扰测试模型。建立二维电路模型时，需要考虑到：12V电源模型、LISN电路模型、线缆寄生参数模型、电源线对地的寄生参数模型、Port(电机接口)。
如图11所示，使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果。通过电流钳测试得到直流有刷电机运转过程中电源线上的共模干扰作为激励源，然后将该激励源与系统的传递函数频域乘积计算。
直流有刷电机在运转的时候，电刷与换相片之间的来回摩擦接触，会在直流有刷电机内部产生不规则的电流和电压波动，这些电压和电流的波动通过直流有刷电机的电源线缆对外产生辐射，而直流有刷电机内部的电磁辐射则因为金属外壳的屏蔽作用无法传递到外界。因此，在进行直流有刷电机的辐射干扰测试时，可以认为测试天线接收的电磁干扰主要来源与直流有刷电机外部线缆上的共模电磁干扰。在实际的工程研究中，工程师们在对电器零部件的电磁干扰强度进行仿真时时，普遍关注的也是电气设备的共模干扰源。
建立三维辐射干扰测试模型后，对直流有刷电机的共模干扰进行分析时，需要对直流有刷电机的共模干扰电流进行测试。通过电流钳和接收机可以得到线束之间的共模干扰电流的频谱图，即共模干扰测试结果。
接下来是在构建出的三维辐射干扰测试模型的基础上，在CST软件中计算三维辐射干扰测试模型的传递函数。在CST软件中将直流有刷电机的端口设置为单位电流激励，具体设置参数如图12所示。建立单位激励端口port后，需要对端口port的相关参数进行设置，首先将激励源设置为电流脉冲并将电流频域幅值设置为单位1，并且端口激励的频率范围大于仿真频率范围，这里为了建模的准确度，选择设置为550MHz。在CST软件中通过在三维辐射干扰测试模型的电机端口处添加单位激励，仿真得到三维辐射干扰测试模型的传递函数。
计算直流有刷电机的的辐射干扰仿真结果时，需要将直流有刷电机的的传递函数频域与共模干扰测试结果干扰频谱频域相乘，即可得到直流有刷电机的辐射干扰仿真结果。将直流有刷电机的辐射干扰仿真结果与直流有刷电机的辐射干扰测试结果进行对比分析，以验证仿真结果的准确性，并调整传导干扰模型。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
进行电机绕组元件阻抗特性测试，得到阻抗测试数据，基于阻抗测试数据建立电机绕组元件的阻抗模型；根据直流有刷电机的换向过程建立直流有刷电机的换向模型，以模拟直流有刷电机换向过程中电机绕组元件的短路状态；根据直流有刷电机的传动干扰测试环境参数建立电源模型和LISN模型；
基于阻抗模型、换向模型、电源模型和LISN模型建立直流有刷电机的传导干扰模型；对直流有刷电机进行传导干扰测试，得到传导干扰测试结果，对传导干扰模型进行仿真分析，得到传导干扰仿真结果，将传导干扰测试结果与传导干扰仿真结果进行对比，如果误差大于预设置的精度阈值，则调整传导干扰模型；
建立直流有刷电机的三维辐射干扰测试模型；对直流有刷电机进行辐射干扰测试，得到辐射干扰测试结果，基于三维辐射干扰模型，使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果，将辐射干扰测试结果与辐射干扰仿真结果进行对比，如果误差大于预设置的精度阈值，则调整三维辐射干扰模型。
2.根据权利要求1所述的一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，其特征在于，阻抗模型的建立过程具体为：
使用阻抗分析仪对电机绕组元件从150KHz到108MHz进行扫频，采样各个频率点的阻抗幅值和相位值，得到阻抗测试数据，基于阻抗测试数据使用RLC串并联电路拟合得到电机绕组元件的等效阻抗电路模型，即阻抗模型。
3.根据权利要求2所述的一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，其特征在于，建立阻抗模型还包括：使用阻抗分析仪对电机绕组元件与直流有刷电机外壳之间的寄生电容进行测试，并确定寄生电容的大小，在建立的阻抗模型中添加寄生电容。
4.根据权利要求1所述的一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，其特征在于，根据直流有刷电机的换向过程建立直流有刷电机的换向模型具体为：
计算直流有刷电机的换向周期，以及换向周期中的短路时间和非短路时间，使用仿真软件中的理想开关元件控制短路时间，得到直流有刷电机的换向模型。
5.根据权利要求1所述的一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，其特征在于，在仿真软件中对传导干扰模型进行时域仿真和FFT频域变换得到传导干扰频谱，即传导干扰仿真结果。
6.根据权利要求1所述的一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，其特征在于，建立直流有刷电机的三维辐射干扰测试模型具体为：
基于直流有刷电机的辐射干扰测试环境参数，在仿真软件三维建模环境中建立直流有刷电机的三维结构模型，将电源、电源线、电机端口抽象为电学参数，建立二维电路模型；将二维电路模型与三维结构模型进行联合仿真，得到三维辐射干扰测试模型。
7.根据权利要求1所述的一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，其特征在于，使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果具体为：
使用电流钳对直流有刷电机的电源线中的电流干扰进行测试，得到共模干扰测试结果；在三维辐射干扰测试模型中添加单位激励，仿真得到三维辐射干扰测试模型的传递函数；将共模干扰测试结果作为三维辐射干扰测试模型中的激励源，结合传递函数，仿真得到辐射干扰仿真结果。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110554321.6A CN113378358A (zh) | 2021-05-20 | 2021-05-20 | 一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110554321.6A CN113378358A (zh) | 2021-05-20 | 2021-05-20 | 一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113378358A true CN113378358A (zh) | 2021-09-10 |
Family
ID=77571430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110554321.6A Pending CN113378358A (zh) | 2021-05-20 | 2021-05-20 | 一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113378358A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114487828A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-05-13 | 南通贝卡迪电力科技有限公司 | 一种高可靠性发电机励磁调节在线试验装置 |
| CN114745068A (zh) * | 2022-04-12 | 2022-07-12 | 重庆邮电大学 | 一种建立室内电网宽带电力线信道模型的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100270960A1 (en) * | 2007-11-30 | 2010-10-28 | Trinamic Motion Control Gmbh & Co Kg | Method and circuit for producing rotor position signals and for the commutation of brushless direct-current motors, without using sensors |
| CN107783040A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-03-09 | 北京经纬恒润科技有限公司 | 一种直流有刷电机电磁干扰的建模方法、装置及系统 |
| CN108680813A (zh) * | 2018-08-21 | 2018-10-19 | 北京经纬恒润科技有限公司 | 一种电磁干扰建模仿真方法及装置 |
| CN111025038A (zh) * | 2019-08-28 | 2020-04-17 | 湖南大学 | 一种电驱系统辐射电磁干扰预测方法及系统 |
-
2021
- 2021-05-20 CN CN202110554321.6A patent/CN113378358A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100270960A1 (en) * | 2007-11-30 | 2010-10-28 | Trinamic Motion Control Gmbh & Co Kg | Method and circuit for producing rotor position signals and for the commutation of brushless direct-current motors, without using sensors |
| CN107783040A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-03-09 | 北京经纬恒润科技有限公司 | 一种直流有刷电机电磁干扰的建模方法、装置及系统 |
| CN108680813A (zh) * | 2018-08-21 | 2018-10-19 | 北京经纬恒润科技有限公司 | 一种电磁干扰建模仿真方法及装置 |
| CN111025038A (zh) * | 2019-08-28 | 2020-04-17 | 湖南大学 | 一种电驱系统辐射电磁干扰预测方法及系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JI ZHANG ET AL.: "Research on Modeling Method of Conducted Emissions Simulation for DC Brush Motors", 《SAE TECHNICAL》 * |
| 张戟等: "直流有刷电机辐射干扰建模仿真研究", 《微特电机》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114487828A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-05-13 | 南通贝卡迪电力科技有限公司 | 一种高可靠性发电机励磁调节在线试验装置 |
| CN114487828B (zh) * | 2022-02-16 | 2023-01-31 | 南通贝卡迪电力科技有限公司 | 一种高可靠性发电机励磁调节在线试验装置 |
| CN114745068A (zh) * | 2022-04-12 | 2022-07-12 | 重庆邮电大学 | 一种建立室内电网宽带电力线信道模型的方法 |
| CN114745068B (zh) * | 2022-04-12 | 2023-11-03 | 重庆邮电大学 | 一种建立室内电网宽带电力线信道模型的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113378358A (zh) | 一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法 | |
| CN108680813B (zh) | 一种电磁干扰建模仿真方法及装置 | |
| CN105606899B (zh) | 一种变频传动系统电机侧共模阻抗的提取方法 | |
| CN109800499B (zh) | 一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法 | |
| Hu et al. | Analysis and optimization of electromagnetic compatibility for electric vehicles | |
| CN111025038A (zh) | 一种电驱系统辐射电磁干扰预测方法及系统 | |
| CN104698860B (zh) | 电动汽车交流电机逆变器功率回路的传导电磁干扰仿真系统 | |
| Oganezova et al. | EMC model of low voltage DC motor | |
| CN211505732U (zh) | 新能源汽车电机驱动系统的电磁兼容性能测试装置 | |
| CN110161395B (zh) | 逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法及其监测系统 | |
| Guo et al. | Systematic analysis of conducted electromagnetic interferences for the electric drive system in electric vehicles | |
| CN107729683B (zh) | 高压电力线路监测中的磁共振式无线供电的电场分析方法 | |
| CN113899960B (zh) | 一种模拟电动车辆运行状态的电驱动系统emi试验系统 | |
| Mariscotti et al. | Review of models and measurement methods for compliance of electromagnetic emissions of electric machines and drives | |
| Yang et al. | Measurement-based modeling of high frequency equivalent circuit of permanent magnet synchronous motor of electric vehicle | |
| Oganezova et al. | Simulation of conductive and radiated emissions from a wiper motor according to CISPR 25 standard | |
| Yea et al. | Frequency-dependent bearing voltage model for squirrel-cage induction motors | |
| Spadacini et al. | SPICE simulation in time-domain of the CISPR 25 test setup for conducted emissions in electric vehicles | |
| Lee et al. | Simulation of radiated emissions from a low voltage bldc motor | |
| Zhang et al. | Research on Modeling Method of Conducted Emissions Simulation for DC Brush Motors | |
| Tan et al. | Research on Prediction Modeling of EMI in Multi-in-one Electric Drive System | |
| Frikha et al. | Influence of PCB and connections on the electromagnetic conducted emissions for electric or hybrid vehicle application | |
| Jeschke et al. | Investigation on the influence of the shielding concept on the disturbances from the propulsion system of an electric vehicle | |
| CN115248984A (zh) | 一种车载充电机交流传导发射的仿真分析方法及系统 | |
| Boubin et al. | EMI diagnostics of three phase inverters using machine learning algorithms |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210910 |