CN117973152A - 电机驱动系统母线电流的仿真方法、系统、设备和介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法、仿真系统、电子设备和可读存储介质，仿真方法包括：建立电机有限元模型，并将电机有限元模型导入至Simplorer软件中；在Simplorer软件中建立动态开关管模型；根据电机有限元模型和动态开关管模型建立三相电机驱动系统模型；根据三相电机驱动系统模型得到第一母线仿真信息；在第一母线仿真信息中引入滤波电路以获得第二母线仿真信息；其中，母线仿真信息包括母线电压和母线电流。本发明解决目前电机系统仿真更多的是对电机算法层面进行验证，大多时候只能保证波形的基本趋势正确的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电机精细化仿真技术领域，具体而言，涉及一种三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法、一种三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真系统、一种电子设备和一种可读存储介质。
背景技术
目前，三相永磁同步电机驱动技术最常用的驱动源为电压源型逆变器，逆变器由直流电压源供电，共有三相桥臂，每相桥臂分为上下两个开关器件，最常用的器件为全控型IGBT及其续流二极管，驱动方式常用方法为PWM逆变，将直流电压信号逆变为三相交流信号来驱动永磁同步电机。在逆变期间，较大的斩波频率与驱动电路中的寄生电容、电感等参数相互作用，会产生较大的du/dt，di/dt，造成较大的电磁干扰，进而影响直流侧的母线电压、母线电流，使其携带更多谐波，谐波会产生更多损耗，若谐波频率与挂载在直流母线上的其他元件的谐振频率一致，那么该元件的对应次谐波电流会很大，该电流倒灌进母线会进一步影响挂载到母线上的其他元件，若电流超过限值会使得元件关断保护，进而造成整个控制系统瘫痪，并且母线的波动会影响电机的控制性能。
因此，在设计电机驱动系统前需要对系统抗纹波特性进行验证，得到正确的纹波波形，进行正确的滤波器设计，对谐波进行抑制，但若使用Simulink进行仿真，其电机模型为纯数学模型，若要考虑其非线性，需要对电机进行有限元或实测测试不同工况，得到有关非线性的表格，才可以使电机驱动系统的电流变量更贴近实测，但该方法较为繁琐，而且Simulink多为算法验证，母线电压设置为常数，因此无法得到实际的包含谐波的母线电压。另外，Simulink无法对逆变器开关管进行精细化建模，无法模拟开关管的动态开关过程等一些非线性特性，因此使用Simulink对考虑谐波的电机驱动系统电压电流进行仿真不可取，结果与实测会存在较大的偏差，对母线纹波分析或滤波器的设计作用非常小。
为了使电机驱动仿真系统母线电压与电流波形更具真实性，需要考虑电机的非线性因素以及逆变器开关器件的真实动态过程。而目前电机系统仿真更多的是对电机算法层面进行验证，大多时候只能保证波形的基本趋势正确，为了模拟真实逆变器系统，需要对电机驱动系统进行更加详细的建模。
发明内容
本发明解决目前电机系统仿真更多的是对电机算法层面进行验证，大多时候只能保证波形的基本趋势正确的技术问题。
为解决上述问题，本发明提供一种三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法，仿真方法包括：建立电机有限元模型，并将电机有限元模型导入至Simplorer软件中；在Simplorer软件中建立动态开关管模型；根据电机有限元模型和动态开关管模型建立三相电机驱动系统模型；根据三相电机驱动系统模型得到第一母线仿真信息；在第一母线仿真信息中引入滤波电路以获得第二母线仿真信息；其中，母线仿真信息包括母线电压和母线电流。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：通过根据电机有限元模型和动态开关管模型建立联合模型（也就是本发明中的三相电机驱动系统模型），通过联合仿真能够将逆变器中开关器件(例如IGBT开关管)开通和关断的延迟过程体现出来，更加符合逆变器的实际工作过程，以提高仿真系统的精细化和仿真结果的精确度。电机使用Maxwell有限元模型，该模型考虑了电机电感以及磁链等变量的非线性因素，而不需要通过仿真得出电感磁链的非线性表格。逆变器开关器件与其他电路模型在Simplorer中建模，Simplorer的优势在于其可以对开关器件精细化建模，模型可以考虑器件的静态与动态特性，使开关过程更贴合实际波形，因此动态开关管模型在Simplorer软件中建立。引入滤波电路以提高仿真结果的平滑性，使输出的母线电流和母线电压的波形更加平滑。
在本发明的一个实例中，在Simplorer软件中建立动态开关管模型，包括：建立第一开关管模型；在第一开关管模型中输入开关管的静态参数、击穿值和动态参数；在第一开关管模型中导入转移特性曲线和温度特性曲线；在第一开关管模型中输入多个工况下的开通关断时间；对静态特性曲线和开通关断时间进行拟合以获得动态开关管模型；其中，转移特性曲线包括：第一输出特性曲线、第二输出特性曲线、第三输出特性曲线和第四输出特性曲线。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：加入电机有限元模型的非线性特性和开关器件（也就是开关管）的静态、暂态特性，用于分析包含多种谐波的纹波电压与电流，并为实际电机驱动系统电路设计提供指导帮助，将仿真系统精细化建模。
在本发明的一个实例中，静态参数包括：门极开通电压、门极关断电压、极射极额定电压电流、输入电容和米勒电容；动态参数包括：内部门极电阻、总漏电阻、第一杂散电感、第二杂散电感、第三杂散电感、外部门极开通电阻、外部门极关断电阻、门极驱动电路带电容。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：加入开关器件（也就是开关管）的静态、暂态特性，用于提高动态开关管模型的精细度，通过提高动态开关管模型的精细度进一步提高仿真系统（也就是三相电机驱动系统模型）的精度。
在本发明的一个实例中，第一输出特性曲线为额定温度下Uge饱和时输出特性曲线；第二输出特性曲线为额定温度下Uge不饱和时输出特性曲线；第三输出特性曲线为非额定温度下Uge饱和时输出特性曲线；第四输出特性曲线为非额定温度下Uge不饱和时输出特性曲线；其中，Uge表示开关管的栅射极电压。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：在第一开关管模型中导入转移特性曲线和温度特性曲线，用于提高仿真系统的准确度。
在本发明的一个实例中，多个工况包括：第一工况、第二工况、第三工况和第四工况；其中，第一工况为开关管处于额定温度条件下；第二工况为开关管处于非额定温度条件下；第三工况为开关管的集电极电流大于额定阈值；第四工况为集电极电流大于额定阈值。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：在第一开关管模型中输入多个工况下的开通关断时间，用于提高仿真系统的准确度。
在本发明的一个实例中，建立电机有限元模型，并将电机有限元模型导入至Simplorer软件中，包括：考虑在实际工况中电感与磁链的非线性变化因数，建立电机有限元模型。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：考虑在实际工况中电感与磁链的非线性变化因数，使电压、电流波形更接近真实情况，使仿真对实际的指导作用更强。并且有些场合对电压与电流波形真实性要求更高，波形的谐波次数、谐波含量是其关注的重点。
在本发明的一个实例中，在Simplorer软件中建立动态开关管模型，包括：采用电磁场与电路耦合的整体分析方法，在Simplorer软件中建立动态开关管模型。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：采用电磁场与电路耦合的整体分析方法，可对整个电机驱动系统进行模拟，进而综合研究电机驱动系统各部分间的相互耦合关系和耦合因素。
又一方面，本发明实施例还提供了一种三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真系统，仿真系统包括：第一模型建立模块，第一模型建立模块用于建立电机有限元模型，并将电机有限元模型导入至Simplorer软件中；第二模型建立模块，第二模型建立模块用于在Simplorer软件中建立动态开关管模型；第三模型建立模块，第三模型建立模块用于根据电机有限元模型和动态开关管模型建立三相电机驱动系统模型；仿真模块，仿真模块用于根据三相电机驱动系统模型得到第一母线仿真信息；处理模块，处理模块用于在第一母线仿真信息中引入滤波电路以获得第二母线仿真信息。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本实施例中的三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真系统用于实施如本发明任一实施例的三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法，因此其具有如本发明任一实施例的三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法的全部有益效果，在此不再赘述。
又一方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括：处理器，存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现如上述中任一项实施例的三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法的步骤。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本实施例中的电子设备运行如本发明任一实施例的三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法，因此其具有如本发明任一实施例的三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法的全部有益效果，在此不再赘述。
再一方面，本发明实施例还提供了一种可读存储介质，可读存储介质上存储程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现如上述中任一项实施例的三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法的步骤。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本实施例中的可读存储介质用于存储如本发明任一实施例的三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法，因此其具有如本发明任一实施例的三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法的全部有益效果，在此不再赘述。
采用本发明的技术方案后，能够达到如下技术效果：
（1）通过根据电机有限元模型和动态开关管模型建立联合模型（也就是本发明中的三相电机驱动系统模型），通过联合仿真能够将逆变器中开关器件(例如IGBT开关管)开通和关断的延迟过程体现出来，更加符合逆变器的实际工作过程，以提高仿真系统的精细化和仿真结果的精确度；
（2）加入电机有限元模型的非线性特性和开关器件（也就是开关管）的静态、暂态特性，用于分析包含多种谐波的纹波电压与电流，并为实际电机驱动系统电路设计提供指导帮助，将仿真系统精细化建模；
（3）引入滤波电路以提高仿真结果的平滑性，使输出的母线电流和母线电压的波形更加平滑。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法的流程图；
图2为基于联合仿真平台的电机驱动系统的仿真图；
图3为图1中动态开关管模型的等效电路；
图4为图2中某半个桥臂的关断电流波形；
图5为本发明实施例一提供的仿真后母线电压与滤波后的母线电压波形；
图6为本发明实施例一提供的仿真后母线电流与滤波后的母线电流波形；
图7为本发明第二实施例提供的一种三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真系统的结构示意框图；
图8为本发明第三实施例提供的一种电子设备的组成框图；
图9为本发明第四实施例提供的一种可读存储介质的结构示意图；
图10为电源模型的结构示意图；
图11为根据图10中电源模型得到的电池端电压波形图；
附图标记说明：
100-三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真系统；101-第一模型建立模块；102-第二模型建立模块；103-第三模型建立模块；104-仿真模块；105-处理模块；200-电子设备；210-存储器；211-计算机程序；220-处理器；300-可读存储介质；310-计算机可执行指令；10-RLC电路；20-电机有限元模型；30-动态开关管模型；40-滤波电路；51-第一电容；52-第二电容。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，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作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。
【实施例一】
参见图1，其为本发明第一实施例提供的一种三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法的流程图，结合图2-图6，三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法包括：
步骤S100：建立电机有限元模型，并将电机有限元模型导入至Simplorer软件中；
步骤S200：在Simplorer软件中建立动态开关管模型；
步骤S300：根据电机有限元模型和动态开关管模型建立三相电机驱动系统模型；
步骤S400：根据三相电机驱动系统模型得到第一母线仿真信息；
步骤S500：在第一母线仿真信息中引入滤波电路以获得第二母线仿真信息；
其中，母线仿真信息包括母线电压和母线电流。
在一个具体的实施例中，由于使用Simulink进行仿真需要对电机进行有限元或实测测试不同工况，得到有关非线性的表格，才可以使电机驱动系统的电流变量更贴近实测，但该方法较为繁琐；还无法对逆变器开关管进行精细化建模，无法模拟开关管的动态开关过程等一些非线性特性，造成仿真结果与实测存在较大偏差的问题。因此，为了解决前述缺陷，对电机驱动系统母线电压与电流的仿真需要采用系统联合仿真以逼近现实实际应用系统。具体的，通过根据电机有限元模型和动态开关管模型建立联合模型（也就是本发明中的三相电机驱动系统模型），通过联合仿真能够将逆变器中开关器件(例如IGBT开关管)开通和关断的延迟过程体现出来，更加符合逆变器的实际工作过程，以提高仿真系统的精细化和仿真结果的精确度。本发明三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真计算方法的基本构思为在Simplorer环境下将动态开关管模型和Maxwell软件搭建的电机有限元模型进行结合，实现电路和磁场的耦合。该方法在Simplorer中搭建动态开关管模型，并将电机的Maxwell模型导入Simplorer仿真环境中，充分发挥各自软件的优点，使得仿真效果更加接近电机实际工作情况，进而计算得到电机驱动系统的母线电流。
步骤S100包括：在Ansys中通过Maxwell的RMxprt建立电机有限元模型和将该电机有限元模型导入到Simplorer中。电机使用Maxwell有限元模型，该模型考虑了电机电感以及磁链等变量的非线性因素，而不需要通过仿真得出电感磁链的非线性表格。逆变器开关器件与其他电路模型在Simplorer中建模，Simplorer的优势在于其可以对开关器件精细化建模，模型可以考虑器件的静态与动态特性，使开关过程更贴合实际波形，因此动态开关管模型在Simplorer软件中建立。
参见图5和图6，根据联合模型（也就是三相电机驱动系统模型）能够得到第一母线仿真信息（也就是第一母线电压和第一母线电流的波形），在第一母线仿真信息中引入滤波电路以获得第二母线仿真信息（也就是第二母线电压和第二母线电流的波形）；图5虚线波形为电机有限元和动态化IGBT联合仿真时的母线电压（也就是第一母线电压的波形），可以明显观察到母线电压纹波，针对性地加入并联滤波电路后的母线电压波形（也就是第二母线电压的波形）如图5黑线所示，谐波明显被抑制；对于母线电流也是相同的效果，具体如图6所示，虚线为联合仿真电流结果（也就是第一母线电流的波形），实线为加滤波电路后的波形（也就是第二母线电流的波形）。其中，第一母线电压为仿真后的母线电压，第一母线电流为仿真后的母线电流；第二母线电压为滤波后的母线电压，第二母线电流为滤波后的母线电流。
进一步的，在Simplorer软件中建立动态开关管模型，包括：
建立第一开关管模型；
在第一开关管模型中输入开关管的静态参数、击穿值和动态参数；
在第一开关管模型中导入转移特性曲线和温度特性曲线；
在第一开关管模型中输入多个工况下的开通关断时间；
对静态特性曲线和开通关断时间进行拟合以获得动态开关管模型；
其中，转移特性曲线包括：第一输出特性曲线、第二输出特性曲线、第三输出特性曲线和第四输出特性曲线，第一输出特性曲线为额定温度下Uge饱和时输出特性曲线、第二输出特性曲线为额定温度下Uge不饱和时输出特性曲线、第三输出特性曲线为非额定温度下Uge饱和时输出特性曲线、第四输出特性曲线为非额定温度下Uge不饱和时输出特性曲线；静态参数包括：门极开通电压、门极关断电压、极射极额定电压电流、输入电容和米勒电容；动态参数包括：内部门极电阻、总漏电阻、第一杂散电感、第二杂散电感、第三杂散电感、外部门极开通电阻、外部门极关断电阻、门极驱动电路带电容；多个工况包括：第一工况、第二工况、第三工况和第四工况，第一工况为开关管处于额定温度条件下；第二工况为开关管处于非额定温度条件下；第三工况为开关管的集电极电流大于额定阈值；第四工况为集电极电流大于额定阈值。
具体的，在Simplorer中建立动态开关管模型，动态开关管模型如图3所示，在Simplorer的Twin Builder选项下选择Characterize Device-Semiconductors，由于电机驱动系统开关器件常用为IGBT，因此选择建立Basic Dynamic IGBT模型（也就是本发明中的第一开关管模型）。IGBT是MOSFET和双极结型晶体管（BJT）的组合，内部MOSFET类似于单个MOSFET模型，由于内部BJT总是处于正向有源状态，因此只有其电流增益BN0可用作IGBT模型的参数。续流二极管（FWD）的内部模型与单个二极管的内部模型相似。其中TYPE_DYN参数允许修改IGBT的动态行为。数字有五位数字，按从左到右的顺序依次命名为ABCDE，每个开关切换不同的方向。最左边的数字A表示关断充电存储器的建模类型：对于使用受控电流源的高级模式，数字A的默认值为2；数字A的值为1时（使用电导）应仅用于兼容性原因，以实现与早期模型相同的输出。下一个数字B允许用户切换所计算的电容：如果数字B是2，则计算Cdg和Ccg（所有守恒节点都由电容支持，因此节点值不能跳跃），其中Cdg和Ccg为Simplorer中动态开关管模型中的两个参数，用于拟合开关管的静态与动态特性 ；如果数字B为1，则仅计算Cdg（内部反馈仍能提供良好的振荡保护）；如果数字B为0，则仅计算Ccg，并且仅使用外部反馈。如果数字B设置为1，则下一个数字C允许用户使用恒定的米勒电容；否则，使用依赖于偏置的米勒电容。下一个数字D控制所使用的同步方法的类型：如果数字D为0，则不进行同步和工作点校正，同步信号对于软恢复行为以及对于反向恢复二极管的任何能量和时间值输出也是重要的，在没有同步的情况下，FWD不会显示出软恢复，并且在可能导致振荡的硬切换条件下；如果数字D为1，则使用SYNC参数定义的外部同步信号，同步信号必须在正方向上过零，以便从阻断状态过渡到导通状态，并且可以是模拟中可用的与电路的脉冲频率相连的任何信号；如果数字D是2，则使用从Vge导出的内部同步；但是，这种方法可能不如外部同步准确。如果数字D设置为1，则最右边的数字E将打开动态模型；否则，将关闭动态行为，并且仅使用模型的DC部分。其中第一开关管模型的MOSFET的模型使用Schichman-Hodges模型建模，使用参数A_FET、K、KLM、M_FET、N_FET、RD0、RD1、RDV和VP，这些参数被建模为与温度相关。它们的温度依赖性使用参数TC_AFET、TC_K、TC_MFET、TC_NFET、TC_RD0、TC_RD1、TC_RDV和TC_VP进行校正。为了计算静态FET电流，在线性区域和夹断区域之间进行区分。饱和电压由下式给出：
；
当漏极电流满足以下方程时，发生从线性区域到饱和区域的转变：
；
在线性区域内，也称为三极管或欧姆区域，使用以下方程：
；
并且对于饱和区域，以下等式适用：
；
为了模拟沟道长度调制的行为，通过内部漏极端的非线性电阻RNL扩展了静态FET模型。其非线性I-V关系描述如下：
；
上述公式中，为IGBT的饱和压降，/>为栅极夹断电压，/>为饱和漏电流，是指MOSFET的漏-源极的绝对最大值电压，/>为线性区的漏电流，其余参数设置的意义在于用来拟合IGBT静态与动态特性。其中，SYNC、A_FET、K、KLM、M_FET、N_FET、RD0、RD1、RDV、VP、TC_AFET、TC_K、TC_MFET、TC_NFET、TC_RD0、TC_RD1、TC_RDV、TC_VP、/>、K和KML参数用于拟合开关管的参数，最终的目的为使开关的动静态特性贴合实际。
当RD0=RD1=0且RDV为非零时，该非线性电阻保持为常数0。
具体的建模的步骤为：在选择完Basic Dynamic IGBT模型后，首先输入开关管的静态参数额定值：门极开通/关断电压、极射极额定电压电流、输入电容、米勒电容；第二、输入器件的击穿值；第三、与开关管动态特性相关的电容电感参数：内部门极电阻Rg、总漏电阻R_tot、杂散电感Lg_ext、L_tot、L_extern、外部门极开通关断电阻Rg_on/Rg_off、门极驱动电路带电容Cge_ext，其中，Rg_on表示外部门极开通电阻、Rg_off表示外部门极关断电阻、Lg_ext表示第一杂散电感、L_tot表示第二杂散电感、L_extern表示第三杂散电感；第四、导入转移特性曲线Uge/Ic、额定温度下Uge饱和时输出特性曲线，其中，Uge表示开关管的栅射极电压、Ic表示集电极电流；第五、导入额定温度下Uge不饱和时输出特性曲线、非额定温度下Uge饱和时输出特性曲线、非额定温度下Uge不饱和时输出特性曲线；第六、导入IGBT与续流二极管的温度特性曲线；第七、依次输入额定温度、非额定温度、小于额定阈值的Ic、大于额定阈值的Ic四种工况下的开通关断时间Eon、Eoff、Ton(Td.on + Tr)、Toff(Td.off + Tf)；第八、进行拟合，最终保存最终IGBT模型（也就是动态开关管模型），供后续仿真使用，图4为某一相桥臂的上半桥臂的关断电流波形，该建模方法的电流波形非阶跃，有冲击电流，更贴合实际开关过程。
进一步的，建立电机有限元模型，并将电机有限元模型导入至Simplorer软件中，包括：考虑在实际工况中电感与磁链的非线性变化因数，建立电机有限元模型。
具体的，考虑在实际工况中电感与磁链的非线性变化因数，使电压、电流波形更接近真实情况，使仿真对实际的指导作用更强。并且有些场合对电压与电流波形真实性要求更高，波形的谐波次数、谐波含量是其关注的重点。
进一步的，在Simplorer软件中建立动态开关管模型，包括：采用电磁场与电路耦合的整体分析方法，在Simplorer软件中建立动态开关管模型。
具体的，采用电磁场与电路耦合的整体分析方法，可对整个电机驱动系统进行模拟，进而综合研究电机驱动系统各部分间的相互耦合关系和耦合因素。
优选的，步骤S300中电源模型采用二阶或更高阶的模型来拟合实际电源电芯充放电波形，使电源更贴合实际，而非理想电压源，本实施例电源模型如图10所示，在理想电压源的基础上增加了两组RC并联电路，目的是使电源模型更贴近真实情况，得到的电池端电压波形如图11所示，端电压能看到明显的波动而非理想电压源恒定的常值。为了使母线电流波形能包含各个谐波，使波形更接近真实，那么电源模型的波形也得接近真实情况，因此可以选择高阶数的电源模型。这里是以二阶模型举例，也可以选择更高阶模型。而更关注算法验证的simulink模型多采用恒压源来当作电源模型，最终的电压与电流波形只能保证整体趋势较为贴合实际但考虑谐波后失真较严重，因此要分析母线电流，需要用到电源高阶模型。
【实施例二】
参见图7，本实施例还提供一种三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真系统100，例如包括：第一模型建立模块101，第一模型建立模块101用于建立电机有限元模型20，并将电机有限元模型20导入至Simplorer软件中；第二模型建立模块102，第二模型建立模块102用于在Simplorer软件中建立动态开关管模型30；第三模型建立模块103，第三模型建立模块103用于根据电机有限元模型20和动态开关管模型30建立三相电机驱动系统模型；仿真模块104，仿真模块104用于根据三相电机驱动系统模型得到第一母线仿真信息；处理模块105，处理模块105用于在第一母线仿真信息中引入滤波电路40以获得第二母线仿真信息。
在一个具体实施例中，该三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真系统100的第一模型建立模块101、第二模型建立模块102、第三模型建立模块103、仿真模块104和处理模块105，配合实现如上第一实施例的三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法，此处不再赘述。
结合图2，基于联合仿真平台的电机驱动系统包括RLC电路10、滤波电路40、第一电容51、第二电容52、电机有限元模型20和六个动态开关管模型30。其中，六个动态开关管模型30两两上下连接形成三组开关管电路，三组开关管电路均并联至RLC电路10的两端，电机有限元模型20连接至三组开关管电路的中点，同时滤波电路40并联至RLC电路10的两端，且第一电容51和第二电容52串联形成的电路并联至RLC电路10的两端。
【实施例三】
参见图8，本实施例提供了一种电子设备200的结构示意图，电子设备200例如包括处理器220以及电连接处理器220的存储器210，存储器210上存储有计算机程序211，处理器220加载计算机程序211以实现如第一实施例的三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法。
【实施例四】
参见图9，本实施例还提供一种可读存储介质300，可读存储介质300存储有计算机可执行指令310，计算机可执行指令310被处理器读取并运行时，控制可读存储介质300所在的电子设备实施如第一实施例中的三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read－Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法，其特征在于，所述仿真方法包括：
建立电机有限元模型，并将所述电机有限元模型导入至Simplorer软件中；
在所述Simplorer软件中建立动态开关管模型；
根据所述电机有限元模型和所述动态开关管模型建立三相电机驱动系统模型；
根据所述三相电机驱动系统模型得到第一母线仿真信息；
在所述第一母线仿真信息中引入滤波电路以获得第二母线仿真信息；
其中，所述母线仿真信息包括母线电压和母线电流。
2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，
所述在所述Simplorer软件中建立动态开关管模型，包括：
建立第一开关管模型；
在所述第一开关管模型中输入开关管的静态参数、击穿值和动态参数；
在所述第一开关管模型中导入转移特性曲线和温度特性曲线；
在所述第一开关管模型中输入多个工况下的开通关断时间；
对静态特性曲线和所述开通关断时间进行拟合以获得所述动态开关管模型；
其中，所述转移特性曲线包括：第一输出特性曲线、第二输出特性曲线、第三输出特性曲线和第四输出特性曲线。
3.根据权利要求2所述的仿真方法，其特征在于，
所述静态参数包括：门极开通电压、门极关断电压、极射极额定电压电流、输入电容和米勒电容；
所述动态参数包括：内部门极电阻、总漏电阻、第一杂散电感、第二杂散电感、第三杂散电感、外部门极开通电阻、外部门极关断电阻、门极驱动电路带电容。
4.根据权利要求2中所述的仿真方法，其特征在于，
所述第一输出特性曲线为额定温度下Uge饱和时输出特性曲线；
所述第二输出特性曲线为额定温度下Uge不饱和时输出特性曲线；
所述第三输出特性曲线为非额定温度下Uge饱和时输出特性曲线；
所述第四输出特性曲线为非额定温度下Uge不饱和时输出特性曲线；
其中，Uge表示所述开关管的栅射极电压。
5.根据权利要求2所述的仿真方法，其特征在于，
多个所述工况包括：第一工况、第二工况、第三工况和第四工况；
其中，所述第一工况为开关管处于额定温度条件下；所述第二工况为开关管处于非额定温度条件下；所述第三工况为开关管的集电极电流大于额定阈值；所述第四工况为所述集电极电流大于所述额定阈值。
6.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，
所述建立电机有限元模型，并将所述电机有限元模型导入至Simplorer软件中，包括：
考虑在实际工况中电感与磁链的非线性变化因数，建立所述电机有限元模型。
7.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，
所述在所述Simplorer软件中建立动态开关管模型，包括：
采用电磁场与电路耦合的整体分析方法，在所述Simplorer软件中建立所述动态开关管模型。
8.一种三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真系统，其特征在于，所述仿真系统包括：
第一模型建立模块，所述第一模型建立模块用于建立电机有限元模型，并将所述电机有限元模型导入至Simplorer软件中；
第二模型建立模块，所述第二模型建立模块用于在所述Simplorer软件中建立动态开关管模型；
第三模型建立模块，所述第三模型建立模块用于根据所述电机有限元模型和所述动态开关管模型建立三相电机驱动系统模型；
仿真模块，所述仿真模块用于根据所述三相电机驱动系统模型得到第一母线仿真信息；
处理模块，所述处理模块用于在所述第一母线仿真信息中引入滤波电路以获得第二母线仿真信息。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器，存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的三相永磁同步电机驱动系统母线电流的仿真方法的步骤。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010102424A (ja) * | 2008-10-22 | 2010-05-06 | Kanto Auto Works Ltd | Ｆｅｍ解析を利用した柔軟物の形状解析システム |
| CN109617466A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-04-12 | 中国矿业大学 | 一种开关磁阻电机复杂电力电子系统的非线性建模方法 |
| CN111027255A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种永磁同步电机空载电流仿真分析方法 |
| CN112347688A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-02-09 | 同济大学 | 逆变器开关元件损耗的仿真计算方法及系统 |
| CN112560318A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-03-26 | 南瑞联研半导体有限责任公司 | 一种不同工况下igbt器件各物理层温度监测仿真方法 |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010102424A (ja) * | 2008-10-22 | 2010-05-06 | Kanto Auto Works Ltd | Ｆｅｍ解析を利用した柔軟物の形状解析システム |
| CN109617466A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-04-12 | 中国矿业大学 | 一种开关磁阻电机复杂电力电子系统的非线性建模方法 |
| CN111027255A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种永磁同步电机空载电流仿真分析方法 |
| CN112347688A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-02-09 | 同济大学 | 逆变器开关元件损耗的仿真计算方法及系统 |
| CN112560318A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-03-26 | 南瑞联研半导体有限责任公司 | 一种不同工况下igbt器件各物理层温度监测仿真方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李佳宣: "基于MATLAB/Simulink的变频电机系统能耗实用模型", 电机与控制应用, 10 May 2017 (2017-05-10) * |
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