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电动汽车电驱动系统容性轴电压建模研究

微特电机 2024年第3期52卷 1-5,10页

作者：于建寅朱莉黄超龚宇上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 同济大学汽车学院上海201804 舍弗勒贸易(上海)有限公司上海201804

基于高频和低频信号的不同特征,进行了分离建模,提出了一种无需通电便可预测电动汽车电驱动系统容性轴电压的模型和估计方法。在轴电压模型的基础上,进一步考虑变速箱的影响,建立了变速箱的电路模型,从而可获得变速箱传动轴与电机轴的... 详细信息

基于高频和低频信号的不同特征,进行了分离建模,提出了一种无需通电便可预测电动汽车电驱动系统容性轴电压的模型和估计方法。在轴电压模型的基础上,进一步考虑变速箱的影响,建立了变速箱的电路模型,从而可获得变速箱传动轴与电机轴的轴电压估计,实现电动汽车电驱动系统的轴电压建模和计算。通过实验对电机轴电压进行了测量,并将实测电机轴电压与仿真数据进行了对比,对比结果验证了模型的准确性。

关键词：电动汽车高频电路模型轴电压变速箱

内置式永磁同步电机动态偏心故障下的轴电压解析分析和削弱

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电工技术学报 2022年第4期37卷 837-848页

作者：赵方伟王秀和赵文良孙玲玲彭博山东大学电气工程学院济南250061 山东大学机械工程学院济南250061

对于变频器驱动的内置式永磁同步电机,大多数研究集中于变频器共模电压对轴承电压的影响,忽略了磁路不平衡导致的轴电压。针对内置式永磁同步电机动态偏心故障下的轴电压,首先,运用解析法推导轴电压的表达式,分析轴电压的特征频率;其次... 详细信息

对于变频器驱动的内置式永磁同步电机,大多数研究集中于变频器共模电压对轴承电压的影响,忽略了磁路不平衡导致的轴电压。针对内置式永磁同步电机动态偏心故障下的轴电压,首先,运用解析法推导轴电压的表达式,分析轴电压的特征频率;其次,研究改变转子磁极的极弧系数削弱偏心轴电压的方法;最后,建立4极6槽、2极9槽、4极9槽、8极9槽在内的4台内置式永磁同步电机偏心轴电压模型,进行有限元验证。仿真结果表明,通过削弱固有轴电压分量可以削弱偏心轴电压,40%偏心度下4台电机削弱效果分别为59.05%、26.90%、43.31%、22.60%。

关键词：内置式永磁同步电机动态偏心特征频率轴电压

电缆参数对变频驱动电机轴电压和轴电流的影响

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电工技术学报 2024年第15期39卷 4755-4766,4793页

作者：陈立珂刘瑞芳李知浩张亮亮李伟力北京交通大学电气工程学院北京100044 精进电动科技股份有限公司北京100015

变频驱动系统中变频器共模电压会引起电机轴电压继而造成轴承电腐蚀,带来巨大的危害。变频器与电机之间连接电缆的寄生参数对电机轴电压和轴电流影响的机理仍有待确定。该文提出了电缆-电机系统的轴电流模型,分别给出电机及电缆参数的... 详细信息

变频驱动系统中变频器共模电压会引起电机轴电压继而造成轴承电腐蚀,带来巨大的危害。变频器与电机之间连接电缆的寄生参数对电机轴电压和轴电流影响的机理仍有待确定。该文提出了电缆-电机系统的轴电流模型,分别给出电机及电缆参数的提取方法,研究了电缆类型及长度变化对系统阻抗曲线的影响规律,对系统阻抗特性进行了仿真及实验验证。建立变频器-电缆-感应电机轴电流系统仿真模型,并搭建轴电流实验台进行测试,测试结果验证了模型的正确性。研究结果表明,电缆的电容参数是影响电机轴电压的关键因素,采用屏蔽电缆或增加电缆长度会增大电缆寄生电容,增加定子接地电流、降低电机容性轴电压;采用屏蔽电缆电机轴两端电压高于非屏蔽电缆。

关键词：变频驱动屏蔽电缆轴电压轴电流接地电流

外转子聚磁式场调制电机的轴电压分析及抑制方法研究

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外转子聚磁式场调制电机的轴电压分析及抑制方法研究

作者：王新保青岛大学

学位级别：硕士

外转子聚磁式场调制电机(Flux-Concentrating Field-Modulated Permanent Magnet,FCFMPM)是一种基于磁场调制原理工作的永磁电机,具有低速大转矩的特点,在低速直驱应用场合具有显著优势,可作为一种新型的直驱电机解决方案。然而在电机... 详细信息

外转子聚磁式场调制电机(Flux-Concentrating Field-Modulated Permanent Magnet,FCFMPM)是一种基于磁场调制原理工作的永磁电机,具有低速大转矩的特点,在低速直驱应用场合具有显著优势,可作为一种新型的直驱电机解决方案。然而在电机使用逆变器进行驱动控制时,由逆变器产生的共模电压会通过电机内部的寄生电容在转轴上感应出轴电压。轴电压过大会导致轴承的油膜绝缘被击穿,产生短路电流,释放出热量,熔化击穿点附近的金属,从而对轴承造成电腐蚀。电腐蚀会导致轴承使用寿命缩短,使得电机的轴承不得不频繁更换,増加了工程的时间成本、物料成本、人力成本,严重时可对电机造成损坏,带来巨大的经济损失,甚至人员伤亡。本文针对FCFMPM电机在逆变器驱动下产生的轴电压问题进行研究,通过对常规轴电压等效电路模型进行改进,预测电机轴承在存在击穿情况下的轴电压波形和幅值,然后利用轴电压实验对仿真结果进行验证,最后针对该电机的轴电压问题提出解决方案。本文的主要工作内容包括以下几个方面:1.首先介绍共模电压的产生机理,其次通过共模电压在电机内部的传导路径,建立了FCFMPM电机的轴电压等效电路模型;然后针对电机轴承可能存在击穿的情况,对轴电压等效电路模型进行了适当的改进,使其能够分析轴承存在击穿时的轴电压;最后针对轴电压等效电路中所需要的参数进行解析计算,并通过有限元法对计算结果进行验证。2.在Simulink中针对提出的改进的轴电压等效电路进行仿真得到轴承在不同击穿状态下和不同击穿延时下的共模电压和轴电压;根据仿真建模结果得到轴承击穿延时和轴承击穿数量对轴电压值的影响情况;然后通过分析轴承击穿数量与轴电压幅值的关系,估计轴电压幅值的取值范围。3.搭建FCFMPM电机的轴电压实验平台,通过该平台进行轴电压实验测试。将实验测试得到的波形与仿真波形进行对比,验证改进的轴电压等效电路模型是否可以反应电机的轴电压波形;通过统计实验测试的轴电压幅值与估计的取值范围进行比较,验证该模型是否能够估计轴电压的取值范围。4.首先基于轴电压等效电路模型和轴电压分压比公式,分析该电机的轴电压抑制方法;然后通过参数化扫描的方法,分析电机结构参数中气隙长度和极靴宽度对轴电压的影响;最后在不改变电机结构参数的条件下,针对该电机的特点提出其他抑制方法,并且通过仿真分析得出每个抑制方法对轴电压的抑制效果。

关键词： FCFMPM 共模电压轴电压寄生电容等效电路模型轴电压抑制

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水轮发电机机电故障的轴电压特征分析及诊断

电机与控制学报 2023年第9期27卷 10-18页

作者：李剑立武玉才卢伟甫华北电力大学河北省绿色高效电工新材料与设备重点实验室河北保定071003 国网新源控股有限公司技术经济研究院北京100761

水轮发电机的转子偏心故障及绕组匝间短路故障会引起主磁场的不对称分布和畸变,进而在转轴两端感应轴电压。针对故障不易被监测且会造成经济损失的问题,采用气隙磁导法分析水轮发电机主磁场,推导得出转子静偏心故障及绕组匝间短路故障... 详细信息

水轮发电机的转子偏心故障及绕组匝间短路故障会引起主磁场的不对称分布和畸变,进而在转轴两端感应轴电压。针对故障不易被监测且会造成经济损失的问题,采用气隙磁导法分析水轮发电机主磁场,推导得出转子静偏心故障及绕组匝间短路故障时交链转轴的畸变磁通和轴电压特征频率。随后以一台334 MVA水轮发电机为研究对象,通过有限元电磁暂态仿真模拟了机组的正常状态、偏心状态及匝间短路状态,得到轴电压波形,轴电压特征频率与预测频率一致,其中静偏心所引发的轴电压特征频率为奇数次谐波,机组在偏心状态下发生绕组匝间短路时,特征频率为分数次或偶数次谐波。证明了轴电压可作为水轮发电机机电故障判别的信号,为水轮发电机机电故障判别提供了新途径。

关键词：水轮发电机偏心匝间短路畸变磁场轴电压

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基于轴电压的隐极同步发电机转子典型故障诊断

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电工技术学报 2010年第6期25卷 178-184页

作者：武玉才李永刚李和明华北电力大学电气与电子工程学院保定071003

针对隐极同步发电机的转子偏心和转子绕组匝间短路故障,采用气隙磁导法分析故障状态的发电机气隙磁场,并计算得到与转子故障对应的畸变磁场特征量。通过相关文献数据及故障模拟机组上的轴电压实验证明,轴电压信号系畸变的磁通所感应,确... 详细信息

针对隐极同步发电机的转子偏心和转子绕组匝间短路故障,采用气隙磁导法分析故障状态的发电机气隙磁场,并计算得到与转子故障对应的畸变磁场特征量。通过相关文献数据及故障模拟机组上的轴电压实验证明,轴电压信号系畸变的磁通所感应,确立了利用轴电压信号检测转子典型故障的方法,为隐极同步发电机转子故障诊断提供了新的途径。

关键词：轴电压偏心匝间短路监测

基于电磁场数值计算的变频供电感应电机耦合电容与轴电压的分析

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电工技术学报 2015年第14期30卷 161-169页

作者：刘瑞芳李俊峰桑秉谦曹君慈北京交通大学电气工程学院北京100044

PWM变频供电驱动电机系统共模电压在电机耦合电容作用下会在轴承上产生轴电压和轴电流,影响电机的安全运行。对电机耦合电容的准确计算有助于合理预测轴电压的大小。本文在分析驱动系统共模模型基础上,建立了电机耦合电容计算的有限元... 详细信息

PWM变频供电驱动电机系统共模电压在电机耦合电容作用下会在轴承上产生轴电压和轴电流,影响电机的安全运行。对电机耦合电容的准确计算有助于合理预测轴电压的大小。本文在分析驱动系统共模模型基础上,建立了电机耦合电容计算的有限元分析模型,求得电容参数。比较了二维和三维有限元下电容计算结果,指出绕组端部对定子绕组与转子间耦合电容Cwr有较大的影响,计及端部时得到的电容Cwr更接近实测结果。采用定子绕组电磁散线计算模型可以大大提高定子绕组与铁心间电容Cwf计算精度。在不同电机端部结构参数下进行分析计算,发现定子绕组端部伸直部分长度和鼠笼端环的轴向长度是影响电容Cwr的两个主要参数。对变频供电下的感应电动机进行三维瞬态电场有限元分析,表明轴电压为共模电压的镜像,证明了电容分析模型是有效的。

关键词： PWM逆变器感应电机耦合电容绕组端部轴电压

改进式SHEPWM对三电平变频器系统的共模电压和轴电压的抑制作用

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电工技术学报 2009年第6期24卷 48-55页

作者：钟玉林赵争鸣清华大学电机系电力系统国家重点实验室北京100084

降低三电平中点钳位式变频器驱动电机的共模电压和轴电压,减小轴电流,对预防定子绕组绝缘击穿和延长轴承寿命以及减小电磁干扰等具有重要意义。使用改进型特定谐波消除脉宽调制技术,选择消除变频器输出共模电压中的低频分量,再使用共模... 详细信息

降低三电平中点钳位式变频器驱动电机的共模电压和轴电压,减小轴电流,对预防定子绕组绝缘击穿和延长轴承寿命以及减小电磁干扰等具有重要意义。使用改进型特定谐波消除脉宽调制技术,选择消除变频器输出共模电压中的低频分量,再使用共模滤波器滤除剩余的高频分量,在电机端得到了较低的共模电压和轴电压。并对有、无共模滤波器以及在工频电网供电下的共模实验数据进行了对比分析,结果证实该方法简单高效。

关键词：轴电压共模滤波器特定谐波消除脉宽调制三电平中点钳位式变频器

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逆变器驱动电机的共模电压和轴电压的抑制

清华大学学报（自然科学版） 2009年第1期49卷 25-28页

作者：钟玉林赵争鸣袁立强清华大学电机工程系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

为了抑制逆变器驱动电机的共模电压和轴电压,改进了特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)方式。利用共模谐波性能因子,求出SHEPWM的开关角度。在40～45Hz采用消除三次谐波的改进SHEPWM方式,消除低次谐波分量;在45～50Hz采用不消除三次谐波的常... 详细信息

为了抑制逆变器驱动电机的共模电压和轴电压,改进了特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)方式。利用共模谐波性能因子,求出SHEPWM的开关角度。在40～45Hz采用消除三次谐波的改进SHEPWM方式,消除低次谐波分量;在45～50Hz采用不消除三次谐波的常规SHEPWM方式。这两种方式在45Hz处实现了平滑切换。该SHEPWM方法结合无源共模滤波器方案,在一个三电平中点箝位式逆变器上得到实现,在电机端获得较低的共模电压和轴电压。

关键词：逆变器共模电压轴电压共模滤波器脉宽调制(PWM) 特定谐波消除脉宽调制

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