韓麟鳳 魯金山 高申建

摘要:針對(duì)感應(yīng)式電氣變速器的電磁耦合與解耦控制技術(shù)問(wèn)題,研究了耦合場(chǎng)具有的分布規(guī)律以及對(duì)主要參數(shù)產(chǎn)生的重要影響。利用仿真有限元對(duì)電氣變速器進(jìn)行定量計(jì)算,并準(zhǔn)確把握內(nèi)外電機(jī)的自感與互感出現(xiàn)的變化范圍,根據(jù)所獲得的電感數(shù)值同時(shí)結(jié)合數(shù)學(xué)系統(tǒng)模型進(jìn)行建模,研究結(jié)果表明計(jì)算變參數(shù)解耦的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞:感應(yīng)式電氣變速器電磁耦合解耦控制

中圖分類號(hào):TM346 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)06(b)-0084-01

1 電氣變速器與磁場(chǎng)耦合的仿真

感應(yīng)式電器變速器的原理結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1表示的電氣變速器可以認(rèn)為是徑向上的2個(gè)同心形式分布的感應(yīng)電機(jī),在內(nèi)轉(zhuǎn)子與定子上安裝有極對(duì)數(shù)相同的三相繞組,可將其分別看成是內(nèi)外電機(jī)具備的定子,外轉(zhuǎn)子共同的內(nèi)側(cè)與外側(cè)具有相對(duì)獨(dú)立的繞組鼠籠,因此不可把電氣變速器簡(jiǎn)單理解為感應(yīng)電機(jī)2個(gè)的互相疊加。需要適度的減小外轉(zhuǎn)子的厚度,以便能夠充分滿足汽車運(yùn)用后對(duì)高功率密度提出的要求,因此當(dāng)兩個(gè)電機(jī)同時(shí)進(jìn)行工作時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)子與定子因電流繞組出現(xiàn)的磁場(chǎng)多少回通過(guò)外轉(zhuǎn)子與內(nèi)外氣隙直接進(jìn)入至內(nèi)轉(zhuǎn)子與定子的中心。

2 分析電感應(yīng)參數(shù)的變化

經(jīng)過(guò)研究磁場(chǎng)耦合對(duì)電機(jī)功能造成的影響主要是在不一樣的耦合狀況下電機(jī)電感參數(shù)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。分別對(duì)內(nèi)外電機(jī)的勵(lì)磁電流的大小以及二者之間的相角叉產(chǎn)生變化,經(jīng)過(guò)仿真有限元計(jì)算的獲得電機(jī)內(nèi)外各自的相電感以及互感數(shù)值,將內(nèi)外電流產(chǎn)生的相角叉的變化繪制成三維圖2,圖中提示了從上到下的各個(gè)網(wǎng)格相對(duì)應(yīng)的定力電流仿真。

定子與內(nèi)轉(zhuǎn)子的相繞組分別對(duì)其進(jìn)行定義,從圖2中能夠看出勵(lì)磁正常情況下內(nèi)外機(jī)的定子與內(nèi)轉(zhuǎn)子的自感相繞組都會(huì)伴隨著電流的增加而出現(xiàn)減小,同時(shí)伴隨著兩者增大的相位角或出現(xiàn)減小的現(xiàn)象,在勵(lì)磁電流比較小時(shí),電感稍顯降低,主要原因是初始的鐵心磁導(dǎo)率過(guò)??；觀察各自的電感值產(chǎn)生的大小,其幅值的具體變化范圍是在幾倍以內(nèi),這種特征對(duì)控制電機(jī)精準(zhǔn)度增加了一定的難度,因此電氣變速器的數(shù)學(xué)模型不應(yīng)向一般電機(jī)那樣進(jìn)行簡(jiǎn)單的線性化處理,也就是在電氣變速器的數(shù)學(xué)模型中必須要將電感參數(shù)看作是內(nèi)外勵(lì)磁電機(jī)電流同相位角差之間的變量三元函數(shù)。

3 建立電氣變速器的數(shù)學(xué)耦合模型

經(jīng)過(guò)以上分析的磁場(chǎng)耦合的性質(zhì),可以對(duì)分布磁鏈與之對(duì)應(yīng)的電感按照?qǐng)D3實(shí)行分類。

其中Lα1、Lα2、Lα3、Lα4、分別對(duì)應(yīng)著內(nèi)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)的繞組、內(nèi)外的外轉(zhuǎn)子鼠籠以及定子繞組產(chǎn)生的相漏感；MAa、MUu是電機(jī)內(nèi)外出現(xiàn)的相互感；MUA是定子與內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組之間出現(xiàn)的互感,根據(jù)這個(gè)定義能夠?qū)﹄姍C(jī)雙籠感應(yīng)出現(xiàn)的內(nèi)外電機(jī)的定轉(zhuǎn)子的各個(gè)繞組產(chǎn)生的自感與互感進(jìn)行參考。方程中每一個(gè)L都屬于一個(gè)三階方陣,因此得出電感矩陣屬于一個(gè)12×12的陣型,可以看出電氣變速器模型體系非常復(fù)雜。

內(nèi)部電機(jī)各個(gè)部件承受力對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分析。對(duì)正方向采取了逆時(shí)針,外轉(zhuǎn)子的內(nèi)外籠分量以及內(nèi)轉(zhuǎn)子,外轉(zhuǎn)子因?yàn)槎ㄗ赢a(chǎn)生的電磁作用力使用Tros表示,內(nèi)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電磁作用力用Trori表示,這樣定子承受的外轉(zhuǎn)子的相反作用力就是Tsro=-Tros表示。

4 實(shí)驗(yàn)仿真

按照以上推出的數(shù)學(xué)模型,對(duì)構(gòu)建的不同模型進(jìn)行仿真對(duì)比,最終使用臺(tái)架實(shí)驗(yàn)組織檢驗(yàn)。內(nèi)轉(zhuǎn)子假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度恒定為零,給定的定轉(zhuǎn)移與內(nèi)轉(zhuǎn)子的繞組應(yīng)按照樣機(jī)設(shè)計(jì)額定的勵(lì)磁,通電頻率控制為50Hz,當(dāng)全部的電感依據(jù)額定實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算給定的結(jié)果,則仿真得出的結(jié)果換成參數(shù)模型,也就是電氣變速器產(chǎn)生的電感參數(shù)利用計(jì)算有限元得出的三維數(shù)表獲取,電氣變速器的其他給定輸入同上。

這時(shí)候電機(jī)運(yùn)行比較穩(wěn)定,經(jīng)過(guò)查表得出的電感分別是33.6mH、48.15mH、17.4mH,處于穩(wěn)定狀態(tài)下的電機(jī)產(chǎn)生有效的電流數(shù)值均是17.33A,相應(yīng)差值為104.4,最終電機(jī)趨于穩(wěn)定工作狀態(tài)接近于轉(zhuǎn)速1500r/min,與既定的參數(shù)相同。

5 結(jié)語(yǔ)

因?yàn)楦袘?yīng)式電氣變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成了內(nèi)部存在的磁場(chǎng)會(huì)因?yàn)椴煌膬?nèi)外電機(jī)出現(xiàn)不同的工作狀態(tài)。對(duì)其分布規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)分析以及主要電機(jī)的參數(shù)對(duì)電感產(chǎn)生的影響,利用仿真有限元獲取了不同勵(lì)磁電流下內(nèi)外電機(jī)的相角差的情況以及電感變化下的三維數(shù)據(jù)資料。經(jīng)過(guò)計(jì)算推導(dǎo)出耦合之后的數(shù)學(xué)模型,可是因?yàn)殡姎庾兯倨鞯淖兓秶容^大,其電感矩陣出現(xiàn)了不恒定情況。構(gòu)建了電氣變速器耦合之后的仿真模型,通過(guò)查詢數(shù)表的方式獲得電感的參數(shù)值,經(jīng)過(guò)臺(tái)架測(cè)試樣機(jī)對(duì)變參數(shù)模型的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔淑梅,程遠(yuǎn),陳清泉．先進(jìn)汽車電氣變速器[J]．電機(jī)技術(shù)學(xué)報(bào),2006,21(10):112-116．