非接觸式同步電機轉子勵磁系統(tǒng)的辨識建模與動態(tài)分析.pdf

1、新能源汽車能否安全、穩(wěn)定地運行與其核心部件車載電機的性能息息相關。為取消電刷與滑環(huán)所帶來的安全隱患，車載電機的無刷化已成為必然發(fā)展趨勢，但目前國內外的無刷方案需要增加附加繞組或附加裝置，使電機結構復雜，體積增加，電機利用率降低。針對以上問題，本文提出了非接觸式同步電機轉子勵磁(contactless synchronous machine rotor excitation，CSMRE)方法，將非接觸式能量傳輸技術創(chuàng)新地應用于車載電機的勵

2、磁系統(tǒng)中，利用相對旋轉的高頻變換器，取代電刷和滑環(huán)，實現無刷勵磁。該方法應用范圍廣泛，既可用于電勵磁電機系統(tǒng)中，也可用于混合勵磁電機系統(tǒng)中。
　　本文論述了CSMRE系統(tǒng)的基本結構與工作原理，介紹了非接觸式勵磁變換器的工作機理，給出了將CSMRE系統(tǒng)應用于車載電機后所形成的無刷發(fā)電機的結構及設計方案。
　　針對由CSMRE系統(tǒng)拓撲電路與補償電路的復雜性所導致的各功能模塊之間兼容度差、可移植性低等問題，提出了初值為估計值的遞推

3、最小二乘法(estimate initial value recursive least squares，EIV-RLS)的參數辨識與建模方法，該建模方法具有良好的通用性和可移植性。辨識建模只需對系統(tǒng)的輸入、輸出數據進行采集與變換，采用赤池信息準則確定系統(tǒng)階次，最后通過EIV-RLS算法對模型參數進行辨識，便可得到系統(tǒng)的動態(tài)小信號模型，無需依賴明確的拓撲電路與具體參數。文中以串聯-串聯型半橋-全波CSMRE系統(tǒng)為建模對象，分別對最小二乘

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辨識法進行了建模和仿真，對比分析了三種方法的精確度，并通過實驗驗證了EIV-RLS辨識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高速旋轉條件下，為研究這種一次側靜止、二次側高速旋轉的工作狀態(tài)對變壓器傳輸效率是

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構——毗鄰型和嵌套型繞組結構，在ANSOFT/Maxwell環(huán)境下，分別對兩種結構的非接觸式變壓器進行了相對高速旋轉時的3D瞬態(tài)仿真，分析了瞬態(tài)磁密、瞬態(tài)漏磁及電流密度，通過仿真結果的對比，驗證了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，對毗鄰型變壓器鐵芯材料與氣隙影響進行了仿真分析。
　　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，漏感的增加會導致耦合系數降低，傳輸效率下降。本文利用諧振原理，對非接觸式變壓器的漏感進行了補償，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，給出了四種基本補償網絡中補償電容的匹配方法，分析了四種補償電路的功率傳輸特性，為使系統(tǒng)保持穩(wěn)定，推導了基本補償網絡的穩(wěn)定運行條件。
　　在MATLAB/Simulink環(huán)境下，根據狀態(tài)變量法，對非接觸式變壓器進行補償建模與對比仿真，驗證串

7、聯-串聯補償系統(tǒng)具有良好的補償效果。根據非接觸式同步電機的數學模型，構建非接觸式勵磁同步電機發(fā)電系統(tǒng)的Sim Power Systems模型，并對各個功能模塊分別進行了模型建立與仿真分析，分析了采用CSMRE系統(tǒng)的同步電機發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)特性。
　　最后，搭建了CSMRE系統(tǒng)實驗平臺，并研發(fā)了采用該勵磁系統(tǒng)的非接觸式勵磁同步電機發(fā)電系統(tǒng)。通過對CSMRE系統(tǒng)的補償特性與旋轉特性進行實驗測試，驗證了文中所提出方法與仿真結果的正確性。同