分析感应式电气变速器的电磁耦合与解耦控制技术

韩麟凤 鲁金山 高申建

摘要:针对感应式电气变速器的电磁耦合与解耦控制技术问题,研究了耦合场具有的分布规律以及对主要参数产生的重要影响。利用仿真有限元对电气变速器进行定量计算,并准确把握内外电机的自感与互感出现的变化范围,根据所获得的电感数值同时结合数学系统模型进行建模,研究结果表明计算变参数解耦的准确性。

关键词:感应式电气变速器电磁耦合解耦控制

中图分类号:TM346 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(b)-0084-01

1 电气变速器与磁场耦合的仿真

感应式电器变速器的原理结构如图1。

图1表示的电气变速器可以认为是径向上的2个同心形式分布的感应电机,在内转子与定子上安装有极对数相同的三相绕组,可将其分别看成是内外电机具备的定子,外转子共同的内侧与外侧具有相对独立的绕组鼠笼,因此不可把电气变速器简单理解为感应电机2个的互相叠加。需要适度的减小外转子的厚度,以便能够充分满足汽车运用后对高功率密度提出的要求,因此当两个电机同时进行工作时内转子与定子因电流绕组出现的磁场多少回通过外转子与内外气隙直接进入至内转子与定子的中心。

2 分析电感应参数的变化

经过研究磁场耦合对电机功能造成的影响主要是在不一样的耦合状况下电机电感参数会产生相应的变化。分别对内外电机的励磁电流的大小以及二者之间的相角叉产生变化,经过仿真有限元计算的获得电机内外各自的相电感以及互感数值,将内外电流产生的相角叉的变化绘制成三维图2,图中提示了从上到下的各个网格相对应的定力电流仿真。

定子与内转子的相绕组分别对其进行定义,从图2中能够看出励磁正常情况下内外机的定子与内转子的自感相绕组都会伴随着电流的增加而出现减小,同时伴随着两者增大的相位角或出现减小的现象,在励磁电流比较小时,电感稍显降低,主要原因是初始的铁心磁导率过小；观察各自的电感值产生的大小,其幅值的具体变化范围是在几倍以内,这种特征对控制电机精准度增加了一定的难度,因此电气变速器的数学模型不应向一般电机那样进行简单的线性化处理,也就是在电气变速器的数学模型中必须要将电感参数看作是内外励磁电机电流同相位角差之间的变量三元函数。

3 建立电气变速器的数学耦合模型

经过以上分析的磁场耦合的性质,可以对分布磁链与之对应的电感按照图3实行分类。

其中Lα1、Lα2、Lα3、Lα4、分别对应着内转子出现的绕组、内外的外转子鼠笼以及定子绕组产生的相漏感；MAa、MUu是电机内外出现的相互感；MUA是定子与内转子绕组之间出现的互感,根据这个定义能够对电机双笼感应出现的内外电机的定转子的各个绕组产生的自感与互感进行参考。方程中每一个L都属于一个三阶方阵,因此得出电感矩阵属于一个12×12的阵型,可以看出电气变速器模型体系非常复杂。

内部电机各个部件承受力对电磁转矩进行分析。对正方向采取了逆时针,外转子的内外笼分量以及内转子,外转子因为定子产生的电磁作用力使用Tros表示,内转子产生的电磁作用力用Trori表示,这样定子承受的外转子的相反作用力就是Tsro=-Tros表示。

4 实验仿真

按照以上推出的数学模型,对构建的不同模型进行仿真对比,最终使用台架实验组织检验。内转子假设转动速度恒定为零,给定的定转移与内转子的绕组应按照样机设计额定的励磁,通电频率控制为50Hz,当全部的电感依据额定实际情况进行计算给定的结果,则仿真得出的结果换成参数模型,也就是电气变速器产生的电感参数利用计算有限元得出的三维数表获取,电气变速器的其他给定输入同上。

这时候电机运行比较稳定,经过查表得出的电感分别是33.6mH、48.15mH、17.4mH,处于稳定状态下的电机产生有效的电流数值均是17.33A,相应差值为104.4,最终电机趋于稳定工作状态接近于转速1500r/min,与既定的参数相同。

5 结语

因为感应式电气变速器的结构特点造成了内部存在的磁场会因为不同的内外电机出现不同的工作状态。对其分布规律进行了详细分析以及主要电机的参数对电感产生的影响,利用仿真有限元获取了不同励磁电流下内外电机的相角差的情况以及电感变化下的三维数据资料。经过计算推导出耦合之后的数学模型,可是因为电气变速器的变化范围比较大,其电感矩阵出现了不恒定情況。构建了电气变速器耦合之后的仿真模型,通过查询数表的方式获得电感的参数值,经过台架测试样机对变参数模型的正确性进行了验证。

参考文献

[1] 崔淑梅,程远,陈清泉．先进汽车电气变速器[J]．电机技术学报,2006,21(10):112-116．