六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法

本发明属于电磁干扰建模，具体涉及一种六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法。

背景技术：

1、传统的三相电机驱动系统受到功率等级以及可靠性等限制，在一些领域已无法满足要求。六相电机驱动系统以低压大功率驱动、电机转矩脉动低、容错性高等优势，在航空航天、电动汽车、水下推进等领域得到广泛应用。随着电机相数增加的同时，驱动系统中逆变器的开关器件数量也成倍增加。开关器件固有的低导通时间，以及在脉宽调制下的高开关频率，是电机驱动系统电磁干扰的主要来源。驱动系统的电磁干扰会通过线缆的传导影响电机的正常运行，导致电机的振动、噪声等问题。共模传导电磁干扰是传导电磁干扰中的主要干扰成分，且传播路径复杂、干扰范围广、抑制困难。因此，需要对六相电机驱动系统的共模传导电磁干扰进行建模，以采取相应的措施抑制电磁干扰，使系统稳定运行。

2、目前针对六相电机驱动系统电磁干扰的建模方法主要有两种。一种是通过在仿真软件中搭建六相电机驱动系统的电路模型，建立驱动系统各部件的物理模型，模拟传导电磁干扰的时域波形，这种方法需要获取电机驱动系统各部件的精确模型，虽然精度高，但是建模复杂，且仿真时间较长；第二种建模方法是将六相电机驱动系统的电磁干扰源等效为理想梯形波，这种方法计算简单，但是没有考虑实际的干扰源特性，难以满足实际工程应用的精度要求。

技术实现思路

1、本申请提供了一种六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法，用以克服传统建模方法复杂、仿真时间长的问题。本申请的建模方法基于传导电磁干扰耦合机理，建立由共模等效干扰源、共模传导干扰路径、电磁干扰接收设备组成的传导电磁干扰共模等效电路模型，具有模型搭建相对简单、仿真时间短的优点，能够准确、高效的预测六相电机驱动系统产生的共模干扰电压，为后续采取相应的抑制措施提供了有效的数据支撑。

2、本申请的技术方案为：

3、六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法，所述六相电机驱动系统的拓扑结构包括电压源、直流线缆、六相逆变器、交流线缆和六相电机；所述六相逆变器通过直流线缆与电压源电性连接；所述六相电机通过交流线缆与六相逆变器电性连接；所述建模方法包括以下步骤：

4、步骤1、根据六相电机驱动系统的拓扑结构以及传导电磁干扰耦合机理，建立由共模等效干扰源vcm、共模传导干扰路径和电磁干扰接收设备组成的传导电磁干扰共模等效电路模型；

5、步骤2、建立共模等效干扰源vcm的数学模型：vi表示六相逆变器其中一相桥臂的输出电压；

6、步骤3、提取电磁干扰接收设备、直流线缆、六相逆变器、交流线缆和六相电机的寄生参数；

7、步骤4、建立传导电磁干扰共模等效电路模型的传递函数h(s)；

8、步骤5、根据步骤2中的数学模型和步骤4中的传递函数，计算出六相电机驱动系统的共模干扰电压ucm，

9、与现有技术相比，本申请的六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法具有模型搭建相对简单、仿真时间短、仿真结果准确可靠等优点；该建模方法基于传导电磁干扰耦合机理，建立由共模等效干扰源、共模传导干扰路径、电磁干扰接收设备组成的传导电磁干扰共模等效电路模型，然后对共模传导干扰路径进行分析，考虑六相电机驱动系统中各部件的寄生参数，并分别进行建模提取，便于对六相电机驱动系统中各组成部分的电磁干扰进行详细分析，从而能够准确、高效的预测六相电机驱动系统产生的共模干扰电压，为后续制定六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的抑制方案提供了有效的数据支撑。

10、作为优化，前述的六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法中，所述传导电磁干扰共模等效电路模型由九部分组成；第一部分为电磁干扰接收设备的阻抗rl；第二部分为串联在第一部分后面的直流线缆的电阻rd和寄生电感ld；第三部分为与第一部分并联的直流线缆的寄生电容cd；第四部分为串联在第二部分后面的共模等效干扰源vcm以及六相逆变器电路板的电阻rp和寄生电感lp；第五部分为与第三部分并联的六相逆变器电路板的对地寄生电容cp；第六部分为串联在第四部分后面的交流线缆的电阻rc和寄生电感lc；第七部分为与第五部分并联的交流线缆的对地寄生电容cc；第八部分为串联在第六部分后面的六相电机的高频电阻rm和高频电感lm；第九部分为与第七部分并联的六相电机的对地寄生电容cm；

11、所述步骤4中，传递函数的表达式为：

12、

13、

14、作为优化，前述的六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法中，所述六相逆变器每一相桥臂的输出电压的表达式为：式中，x表示载波函数表达式，y表示调制波表达式，m表示载波谐波分量次数，n表示调制波谐波分量次数，vdc表示六相逆变器直流电压值，yr表示外积分限，yf表示六相逆变器pwm技术采样时刻点对应的相位角，xr、xf表示载波和调制波的交点坐标，θi表示i相调制波初始相位角，进一步的，所述六相逆变器每一相桥臂的输出电压由双重傅里叶积分法获得；所述双重傅里叶积分法由载波函数和调制波函数通过调制技术，获得所需信号的谐波分量总和；所述六相逆变器采用四矢量svpwm调制技术，载波为三角波，调制波由13段调制波函数组成。相比传统的pwm调制，svpwm调制技术具有转矩脉动小、噪音低、直流电压利用率高等优点，能够让六相电机的工作效率得到提高；而且该调制技术的控制算法简单，数字化实现非常容易。本申请的建模方法通过采用双重傅里叶积分法，并结合六相逆变器采用四矢量svpwm调制技术，对六相电机驱动系统的共模等效干扰源进行精确建模，进一步提高了对六相电机驱动系统产生的共模干扰电压的准确预测。

15、作为优化，前述的六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法中，所述步骤3中，使用ansys q3d软件建立电磁干扰接收设备、直流线缆、六相逆变器、交流线缆的三维模型，并通过仿真获得它们的寄生参数；使用ansys maxwell软件建立六相电机的三维模型，并通过仿真得出六相电机的寄生参数。由此，可以实现对电磁干扰接收设备、直流线缆、六相逆变器、交流线缆和六相电机的精确建模，以保证所提取的寄生参数的精度。进一步的，所述六相电机为六相永磁同步电机；所述直流线缆和交流线缆均为屏蔽线缆。

技术特征：

1.六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法，所述六相电机驱动系统的拓扑结构包括电压源、直流线缆、六相逆变器、交流线缆和六相电机；所述六相逆变器通过直流线缆与电压源电性连接；所述六相电机通过交流线缆与六相逆变器电性连接；其特征在于，所述建模方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法，其特征在于：所述传导电磁干扰共模等效电路模型由九部分组成；其中，第一部分为电磁干扰接收设备的阻抗rl；第二部分为串联在第一部分后面的直流线缆的电阻rd和寄生电感ld；第三部分为与第一部分并联的直流线缆的寄生电容cd；第四部分为串联在第二部分后面的共模等效干扰源vcm以及六相逆变器电路板的电阻rp和寄生电感lp；第五部分为与第三部分并联的六相逆变器电路板的对地寄生电容cp；第六部分为串联在第四部分后面的交流线缆的电阻rc和寄生电感lc；第七部分为与第五部分并联的交流线缆的对地寄生电容cc；第八部分为串联在第六部分后面的六相电机的高频电阻rm和高频电感lm；第九部分为与第七部分并联的六相电机的对地寄生电容cm；

3.根据权利要求2所述的六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法，其特征在于：所述六相逆变器每一相桥臂的输出电压的表达式为：式中，x表示载波函数表达式，y表示调制波表达式，m表示载波谐波分量次数，n表示调制波谐波分量次数，vdc表示六相逆变器直流电压值，yr表示外积分限，yf表示六相逆变器pwm技术采样时刻点对应的相位角，xr、xf表示载波和调制波的交点坐标，θi表示i相调制波初始相位角，

4.根据权利要求3所述的六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法，其特征在于：所述六相逆变器每一相桥臂的输出电压由双重傅里叶积分法获得；所述双重傅里叶积分法由载波函数和调制波函数通过调制技术，获得所需信号的谐波分量总和；所述六相逆变器采用四矢量svpwm调制技术，载波为三角波，调制波由13段调制波函数组成。

5.根据权利要求3所述的六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法，其特征在于：所述步骤3中，使用ansys q3d软件建立电磁干扰接收设备、直流线缆、六相逆变器、交流线缆的三维模型，并通过仿真获得它们的寄生参数；使用ansys maxwell软件建立六相电机的三维模型，并通过仿真得出六相电机的寄生参数。

6.根据权利要求5所述的六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法，其特征在于：所述六相电机为六相永磁同步电机；所述直流线缆和交流线缆均为屏蔽线缆。

技术总结
本发明公开了一种六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的建模方法，包括以下步骤：首先，根据六相电机驱动系统的拓扑结构以及传导电磁干扰耦合机理，建立由共模等效干扰源、共模传导干扰路径和电磁干扰接收设备组成的传导电磁干扰共模等效电路模型；然后建立共模等效干扰源的数学模型；接着，提取传导电磁干扰共模等效电路模型中各部件的寄生参数；最后，建立传导电磁干扰共模等效电路模型的传递函数，计算出六相电机驱动系统的共模干扰电压。本发明的建模方法具有模型搭建相对简单、仿真时间短的优点，能够准确、高效的预测六相电机驱动系统产生的共模干扰电压，为后续制定六相电机驱动系统共模传导电磁干扰的抑制方案提供了有效的数据支撑。

技术研发人员：李彪,吕冰海,陈进华,查宇
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19