本技術(shù)涉及航空交流電機(jī)，尤其涉及一種基于級(jí)聯(lián)耦合評(píng)估的三級(jí)式電機(jī)高頻阻抗建模方法。

背景技術(shù)：

1、航空起動(dòng)/發(fā)電一體化技術(shù)已成為未來(lái)多電飛機(jī)的重要發(fā)展方向。起動(dòng)/發(fā)電一體化技術(shù)利用電機(jī)的可逆原理，取消了傳統(tǒng)的專用起動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了起動(dòng)及發(fā)電雙功能。這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了發(fā)動(dòng)機(jī)的附件機(jī)匣和引氣裝置，降低了飛機(jī)的“死重”，提高了飛機(jī)的整體可靠性、可維護(hù)性和能源效率。

2、三級(jí)式無(wú)刷同步電機(jī)具有發(fā)電技術(shù)成熟、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，基于三級(jí)式電機(jī)的起動(dòng)/發(fā)電一體化系統(tǒng)已成為未來(lái)多電大飛機(jī)技術(shù)的重要發(fā)展方向。三級(jí)式發(fā)電機(jī)由同軸安裝的主電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)、副勵(lì)磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)整流器組成。由于副勵(lì)磁機(jī)只有在系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時(shí)才能為勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電流，所以它不參與起動(dòng)過(guò)程。此外，三級(jí)式電機(jī)在發(fā)電模式下的勵(lì)磁機(jī)為直流勵(lì)磁方式，當(dāng)系統(tǒng)靜止或低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，即使通過(guò)外部電源給勵(lì)磁機(jī)的定子繞組通以直流電，主電機(jī)依然無(wú)法電動(dòng)運(yùn)行。因此，零低速階段主電機(jī)的勵(lì)磁問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)三級(jí)式起動(dòng)/發(fā)電一體化功能的關(guān)鍵。

3、隨著開關(guān)頻率和系統(tǒng)集成度的不斷提高，基于脈寬調(diào)制（pulse-widthmodulation，pwm）技術(shù)的起動(dòng)控制器在提高起動(dòng)控制性能的同時(shí)，也產(chǎn)生了嚴(yán)重的傳導(dǎo)電磁干擾(electromagnetic?interference，emi)問(wèn)題。起動(dòng)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的emi問(wèn)題不僅影響自身的可靠運(yùn)行，同時(shí)還會(huì)作為干擾源嚴(yán)重影響其他機(jī)載電氣設(shè)備的正常工作，進(jìn)而影響整個(gè)多電飛機(jī)電力系統(tǒng)的電磁兼容性能。三級(jí)式起動(dòng)/發(fā)電機(jī)作為emi的重要傳導(dǎo)路徑，其寬頻阻抗建模技術(shù)是開展相關(guān)emi研究的重要基礎(chǔ)。

4、由于其特殊的電機(jī)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)具有多電機(jī)耦合、多干擾源的顯著特征，這為子系統(tǒng)間的emi傳導(dǎo)耦合提供了可能性。而傳統(tǒng)的電機(jī)阻抗建模方法通常只考慮定子阻抗，不適合三級(jí)式電機(jī)間的emi耦合分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)實(shí)施例通過(guò)提供一種基于級(jí)聯(lián)耦合評(píng)估的三級(jí)式電機(jī)高頻阻抗建模方法，解決了現(xiàn)有電機(jī)建模方法無(wú)法直接應(yīng)用的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案是：

3、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于級(jí)聯(lián)耦合評(píng)估的三級(jí)式電機(jī)高頻阻抗建模方法，包括：將主電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)分別定義為差模二端口網(wǎng)絡(luò)和共模二端口網(wǎng)絡(luò)，其中，差模二端口網(wǎng)絡(luò)用于表征差模干擾傳輸路徑，共模二端口網(wǎng)絡(luò)用于表征共模干擾傳輸路徑；根據(jù)二端口網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)方程，分別獲得主電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)的差模阻抗z參數(shù)矩陣和共模阻抗z參數(shù)矩陣；根據(jù)二端口網(wǎng)絡(luò)z參數(shù)和t參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將主電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)的差模阻抗z參數(shù)矩陣和共模阻抗z參數(shù)矩陣分別轉(zhuǎn)換為t參數(shù)矩陣，并基于t參數(shù)矩陣的級(jí)聯(lián)等效關(guān)系，獲得由主電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)構(gòu)成的級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的差模阻抗等效t參數(shù)矩陣和共模阻抗等效t參數(shù)矩陣，再將差模阻抗等效t參數(shù)矩陣和共模阻抗等效t參數(shù)矩陣分別轉(zhuǎn)換為級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的差模阻抗等效z參數(shù)矩陣和共模阻抗等效z參數(shù)矩陣；基于獲得的級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的差模阻抗等效z參數(shù)矩陣和共模阻抗等效z參數(shù)矩陣，計(jì)算忽略級(jí)聯(lián)電機(jī)阻抗耦合引起的阻抗相對(duì)誤差率；根據(jù)相對(duì)誤差率與預(yù)設(shè)參考誤差率的比較結(jié)果，建立基于級(jí)聯(lián)耦合評(píng)估的三級(jí)式電機(jī)高頻阻抗模型結(jié)構(gòu)，并通過(guò)電路參數(shù)化方法求解等效電路參數(shù)。

4、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，基于z參數(shù)的二端口網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)方程表示為：

5、；

6、其中，表示二端口網(wǎng)絡(luò)輸入端口和間的輸入端口電壓，表示二端口網(wǎng)絡(luò)輸出端口和間的輸出端口電壓，表示流過(guò)輸入端口的輸入端口電流，表示流過(guò)輸出端口的輸出端口電流，z參數(shù)矩陣描述的是輸入/輸出端口電壓和輸入/輸出端口電流之間的關(guān)系，表示為：

7、；

8、其中，表示二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗，表示二端口網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗，和表示二端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移阻抗。

9、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，主電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)的差模阻抗z參數(shù)矩陣和共模阻抗z參數(shù)矩陣，分別表示為：

10、；

11、其中，為主電機(jī)差模阻抗z參數(shù)矩陣，為主電機(jī)共模阻抗z參數(shù)矩陣，為勵(lì)磁機(jī)差模阻抗z參數(shù)矩陣，為勵(lì)磁機(jī)共模阻抗z參數(shù)矩陣。

12、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，二端口網(wǎng)絡(luò)z參數(shù)和t參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系表示為：

13、。

14、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，t參數(shù)矩陣描述的是二端口網(wǎng)絡(luò)輸入端口電壓/電流和輸出端口電壓/電流之間的關(guān)系，所述二端口網(wǎng)絡(luò)，采用基于t參數(shù)描述的數(shù)學(xué)方程表示為：

15、；

16、基于t參數(shù)矩陣的級(jí)聯(lián)等效關(guān)系，獲得由主電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)構(gòu)成的級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的差模阻抗等效t參數(shù)矩陣和共模阻抗等效t參數(shù)矩陣，包括：

17、根據(jù)二端口網(wǎng)絡(luò)的t參數(shù)方程，獲得由主電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)構(gòu)成的級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)對(duì)應(yīng)的級(jí)聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)；級(jí)聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)包括二端口網(wǎng)絡(luò)一和二端口網(wǎng)絡(luò)二，二端口網(wǎng)絡(luò)一的兩個(gè)輸出端口分別連接二端口網(wǎng)絡(luò)二的兩個(gè)輸入端口；級(jí)聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)滿足以下表達(dá)式：

18、；

19、其中，表示二端口網(wǎng)絡(luò)一的輸入端口電壓、表示二端口網(wǎng)絡(luò)一的輸入端口電流、表示二端口網(wǎng)絡(luò)一的輸出端口電壓，表示二端口網(wǎng)絡(luò)一的輸出端口電流，表示二端口網(wǎng)絡(luò)二的輸入端口電壓、表示二端口網(wǎng)絡(luò)二的輸入端口電流、表示二端口網(wǎng)絡(luò)二的輸出端口電壓，表示二端口網(wǎng)絡(luò)二的輸出端口電流，和為級(jí)聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)一和二端口網(wǎng)絡(luò)二的t參數(shù)矩陣；

20、其中，級(jí)聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)，滿足，；因此，級(jí)聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步滿足以下表達(dá)式：

21、；

22、將級(jí)聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)新的二端口網(wǎng)絡(luò)，級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的等效t參數(shù)矩陣可通過(guò)下式計(jì)算得到：

23、；

24、根據(jù)所述級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的等效t參數(shù)矩陣等效方法，獲得由所述主電機(jī)和所述勵(lì)磁機(jī)構(gòu)成的級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的差模阻抗等效t參數(shù)矩陣和共模阻抗等效t參數(shù)矩陣，表示為：

25、；

26、其中，為級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的差模阻抗等效t參數(shù)矩陣，為級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的共模阻抗等效t參數(shù)矩陣，為主電機(jī)差模阻抗t參數(shù)矩陣，為勵(lì)磁機(jī)差模阻抗t參數(shù)矩陣，為主電機(jī)共模阻抗t參數(shù)矩陣，為勵(lì)磁機(jī)共模阻抗t參數(shù)矩陣；

27、所述將差模阻抗等效t參數(shù)矩陣和共模阻抗等效t參數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換為級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的差模阻抗等效z參數(shù)矩陣和共模阻抗等效z參數(shù)矩陣，通過(guò)二端口網(wǎng)絡(luò)t參數(shù)與z參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系實(shí)現(xiàn)，二端口網(wǎng)絡(luò)t參數(shù)與z參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系表示為：

28、。

29、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，基于獲得的級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的差模阻抗等效z參數(shù)矩陣和共模阻抗等效z參數(shù)矩陣，計(jì)算忽略級(jí)聯(lián)電機(jī)阻抗耦合引起的阻抗相對(duì)誤差率，包括：

30、根據(jù)差模阻抗等效z參數(shù)矩陣和共模阻抗等效z參數(shù)矩陣，獲得考慮級(jí)聯(lián)耦合的三級(jí)式電機(jī)阻抗，表示為：

31、；

32、其中，為考慮級(jí)聯(lián)電機(jī)阻抗耦合時(shí)主電機(jī)側(cè)的等效差模阻抗，為考慮級(jí)聯(lián)電機(jī)阻抗耦合時(shí)勵(lì)磁機(jī)側(cè)的等效差模阻抗，為考慮級(jí)聯(lián)電機(jī)阻抗耦合時(shí)主電機(jī)側(cè)的等效共模阻抗，為考慮級(jí)聯(lián)電機(jī)阻抗耦合時(shí)勵(lì)磁機(jī)側(cè)的等效共模阻抗，為級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的差模阻抗等效z參數(shù)矩陣，為級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的共模阻抗等效z參數(shù)矩陣；

33、根據(jù)獲得的三級(jí)式電機(jī)阻抗，計(jì)算因忽略級(jí)聯(lián)電機(jī)阻抗耦合而引發(fā)的阻抗相對(duì)誤差率，表示為：

34、；

35、其中，為忽略級(jí)聯(lián)電機(jī)阻抗耦合而引發(fā)的主電機(jī)差模阻抗相對(duì)誤差率，為忽略級(jí)聯(lián)電機(jī)阻抗耦合而引發(fā)的勵(lì)磁機(jī)差模阻抗相對(duì)誤差率，為忽略級(jí)聯(lián)電機(jī)阻抗耦合而引發(fā)的主電機(jī)共模阻抗相對(duì)誤差率，為忽略級(jí)聯(lián)電機(jī)阻抗耦合而引發(fā)的勵(lì)磁機(jī)共模阻抗相對(duì)誤差率。

36、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，根據(jù)相對(duì)誤差率與預(yù)設(shè)參考誤差率的比較結(jié)果，建立基于級(jí)聯(lián)耦合評(píng)估的三級(jí)式電機(jī)高頻阻抗模型結(jié)構(gòu)，包括：

37、在相對(duì)誤差率在全頻段均低于預(yù)設(shè)參考誤差率時(shí)，忽略三級(jí)式電機(jī)間的阻抗耦合，將主電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)視為兩臺(tái)獨(dú)立的電機(jī)進(jìn)行高頻阻抗建模分析，從構(gòu)建的基于級(jí)聯(lián)耦合評(píng)估的三級(jí)式電機(jī)高頻阻抗模型結(jié)構(gòu)中選擇低耦合單元部分作為其等效電路模型結(jié)構(gòu)；此時(shí)等效電路模型結(jié)構(gòu)只包含主電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)各自的定子繞組阻抗支路，而不考慮級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)間的阻抗耦合，即差模和/或共模分析只考慮主電機(jī)定子阻抗和勵(lì)磁機(jī)定子阻抗；

38、在相對(duì)誤差率在全頻段均高于預(yù)設(shè)參考誤差率時(shí)，從構(gòu)建的基于級(jí)聯(lián)耦合評(píng)估的三級(jí)式電機(jī)高頻阻抗模型結(jié)構(gòu)中選擇高耦合單元部分作為其等效電路模型結(jié)構(gòu)；此時(shí)等效電路模型結(jié)構(gòu)采用t型等效電路結(jié)構(gòu)來(lái)等效所建立的級(jí)聯(lián)等效二端口網(wǎng)絡(luò)差模阻抗等效z參數(shù)矩陣和共模阻抗等效z參數(shù)矩陣；

39、在相對(duì)誤差率在低頻段高于預(yù)設(shè)參考誤差率且高頻段低于預(yù)設(shè)參考誤差率時(shí)，從構(gòu)建的基于級(jí)聯(lián)耦合評(píng)估的三級(jí)式電機(jī)高頻阻抗模型結(jié)構(gòu)中選擇低耦合單元部分和高耦合單元部分相并聯(lián)的混合模型結(jié)構(gòu)作為其等效電路模型結(jié)構(gòu)；其中，高耦合單元部分用于考慮誤差率較高的三級(jí)式電機(jī)間的低頻阻抗耦合特性，并在低耦合單元部分加入高通濾波器以防止高耦合單元的阻抗影響；濾波器的頻率由阻抗誤差評(píng)估結(jié)果確定；

40、通過(guò)電路參數(shù)化方法求解等效電路參數(shù)，包括：根據(jù)阻抗提取結(jié)果，計(jì)算等效電路模型結(jié)構(gòu)中的各支路阻抗，并利用矢量匹配電路參數(shù)化方法求解等效電路參數(shù)值。

41、本發(fā)明實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

42、本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)將主電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)分別定義為差模二端口網(wǎng)絡(luò)和共模二端口網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)二端口網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)方程，獲得主電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)的z參數(shù)矩陣，根據(jù)二端口網(wǎng)絡(luò)z參數(shù)和t參數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，利用t參數(shù)建立由主電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)構(gòu)成的級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的阻抗耦合模型，得到級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的差模阻抗和共模阻抗等效z參數(shù)矩陣，根據(jù)所建級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的阻抗耦合模型，確立級(jí)聯(lián)三級(jí)式電機(jī)的阻抗耦合評(píng)估模型，根據(jù)系統(tǒng)的阻抗耦合評(píng)價(jià)結(jié)果，建立基于級(jí)聯(lián)耦合評(píng)估的三級(jí)式電機(jī)高頻阻抗模型結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行電路參數(shù)化求解。如此，充分考慮了三級(jí)式電機(jī)的級(jí)聯(lián)耦合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了定轉(zhuǎn)子耦合、電機(jī)間阻抗耦合關(guān)聯(lián)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電機(jī)高頻阻抗建模方法無(wú)法直接用于三級(jí)式電機(jī)的技術(shù)難題，為三級(jí)式電機(jī)高頻模型簡(jiǎn)化提供了理論依據(jù)。