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发表于 2016-2-8 09:16:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
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牵引电机的功率级仿真

牵引电机的功率级仿真

        图1 带电负载(仿真器)的HIL系统(ELE为电子负载,EMF为反电动势)
         

         

        新一代的电力负载解决了牵引电机的HIL仿真问题,同时对于操作场地具有高度灵活性,确保功率级仿真可以比较容易地实施。相反,机械电机测试由于其昂贵的使用成本,需要尽量避免使用。

        新能源汽车的兴起为其核心部件——牵引电机及其控制器的开发与测试带来了极大的市场需求,同时也带来了巨大的技术挑战。一直以来,业内都是采用信号级的仿真方法对牵引电机控制器的逻辑控制部分进行测试与验证,因为忽略了功率级,这种方法无法完整测试牵引电机控制器。为此,dSPACE公司专门开发了电动车辆牵引电机的功率级仿真器。

牵引电机的功率级仿真

        如果一个电力牵引系统的HIL测试必须包含功率级,那么仅仅测试信号水平是不够的。这时我们可以采取两种方法:一是实物测试(即运行一个真的驱动电机);二是电力模拟, 我们可以对电机进行模拟仿真测试,并观察它的电力水平情况(见图1)。

        运用此方法,我们需要测量出真实电机的端电压和电流,并把它们的测量值输入ECU进行仿真测试。与传统的机械牵引测试法相比, 这样的纯电力测试法在实际操作方面更为简单,对操作人员而言也更为安全。

        电力仿真测试可以应用于电机早期,甚至可以早于真实电机问世。我们还可以采用电力仿真测试几个不同种类和型号的电机。传统的机械测试对测试的动态过程往往有诸多限制,而电力仿真测试却对此无要求。值得一提的是,新型电子负载仿真器具备强大功能,可提供高达600V以上的输出电压,输出功率高达100 kW。

牵引电机功率级仿真原理

        电子负载仿真器对电机线圈中感应的反电动势进行仿真(见图2),电机绕组的感性负载特性由替代电感近似。感应电压由电机模型实时计算得出,并通过电子负载仿真器发挥仿真功效。
       

牵引电机的功率级仿真

牵引电机的功率级仿真

        图2  用于电机功率级仿真的电负载

       

实现方式

        我们提到的负载仿真器使用来自LTi的ServoOne系列逆变器。用于计算上述电压的电机模型基于dSPACE实时系统,通过Simulink?得以实施。模型中可以被模拟的组件包括传动系统。根据不同的项目要求,各种传感器和执行器模拟都可以加载到实时系统中。一个混合的ECU需要至少一个对发动机转速感应器(比如旋转变压器)的模拟。

应用范围

        电子负载仿真器的概念适用于仿真各类电机,可以非常真实地呈现电机的各种物理特性,如感应效应、扭矩和功率消耗。对于可变电感(比如内置永久磁铁,IPM电机或饱和效应),由于其不断交替的感性特性,我们将计算其均值并作为数据输入负载仿真器。但是正确的扭矩和功率表达式是可以得到的。任何所需的混合动力或电动车辆配置可以通过使用不同的电机模型结合多种传动系统模型进行模拟。这个概念也适用于各种工业硬件HIL应用。
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