[发明专利]基于混合励磁六相爪极发电机的电磁、温升、机械、电子耦合系统的建模方法

说明书

本发明涉及基于混合励磁六相爪极发电机的温升、电磁、机械、电子耦合系统的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：1)、根据电磁特性建立定子电压矩阵方程和励磁线圈电压方程；2)、根据系统整流特性建立定子电压矩阵方程；3)、根据机械特性建立电磁转矩方程和机械运动方程；4)、根据系统励磁电流控制特性建立PWM占空比和励磁线圈电压方程；5)、利用神经网络对电机温升状态空间表达式中的发热时间常数和稳态温升进行预测；6)、以温升为耦合纽带，修正发电机电磁特性模型中定子绕组电阻和励磁绕组电阻参数；7)、基于步骤1)至步骤6)形成温升、机械、不控整流桥、励磁电流控制和电磁特性耦合的数学模型。其准确性和可靠性高。

技术领域

本发明涉及爪极发电机系统建模技术，特别是一种基于混合励磁六相爪极发电机的电磁、温升、机械、电子耦合系统的建模方法。

背景技术

发电机作为汽车主要电源之一，为车用电器负载供电，同时为蓄电池供电。爪极发电机具有制造简单、成本低廉、发电效率高等优点，被广泛地应用于低电压大电流要求的汽车工业领域。爪极发电机主要有电励磁和永磁式两种结构形式，电励磁爪极发电机通过调节励磁电流的大小控制电机内部气隙磁通，进而实现变负载运转时发电机输出电压的恒定，但有效磁通受到爪极间气隙的影响，可能出现低速运转时出力不足的现象，降低发电机的效率。永磁式爪极发电机与电励磁爪极发电机相比，具有体积小、重量轻、比功率大、效率高、运行安全可靠等优点，但是发电机磁场都是由永磁体产生，电压调节较为困难。随着现代汽车应用电器负载的日益增加，耗电量迅速增长，目前典型值为1.5kW～3kW，用电量需求正在迅速增长。综上电励磁和永磁式两种结构的爪极发电机各自优缺点，混合励磁爪极发电机无疑是解决电量供需矛盾的最佳方案。混合励磁爪极式发电机采用永磁体和电磁线圈同时励磁，保留电励磁和永磁体励磁各自优点，可以较好的提高发电机的运行效率。混合励磁发电机的最大优势是在不增加励磁电流的前提下，用永磁体来补偿爪极的漏磁损失，通过调节励磁电流，使得电机内部气隙磁场平滑可调，让发电机在其转速、负载变化范围内可以输出恒定的电压，改善发电机低速时的输出特性，避免了永磁体磁场不可调节的问题。

由爪极发电机、不控整流桥、电子控制单元(ECU)构成的发电机系统是汽车电源的主要部分，在正常工作时，对除起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电。因此，发电系统运行性能不仅关系到车用电器工作的可靠性，甚至对车的使用性能造成很大影响。基于混合励磁六相爪极发电机系统涉及到温升特性、电磁特性、机械特性与电子特性，各种特性又存在耦合影响，很难保证忽略某些特性的数学模型的准确性与可靠性。目前，混合励磁六相爪极发电机系统尚缺少精确的数学模型，因此，有必要建立其温升、电磁、机械、电子耦合系统的数学模型，同时，这也是车用发电系统进行良好的运行分析与综合设计的基础。

发明内容

本发明的目的是针对混合励磁六相爪极发电机系统，提供一种用于六相爪极发电机系统运行分析与综合设计的建模方法,即基于混合励磁六相爪极发电机的电磁、温升、机械、电子耦合系统的建模方法，准确性和可靠性高，更有利于对车用发电系统进行良好的运行分析与综合设计。

本发明的技术方案是：

一种基于混合励磁六相爪极发电机的温升、电磁、机械、电子耦合系统的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、根据六相爪极电机电磁特性建立定子电压矩阵方程和励磁线圈电压方程；

2)、根据六相爪极发电机系统整流特性建立定子电压矩阵方程；

3)、根据六相爪极电机的机械特性建立电磁转矩方程和机械运动方程；

4)、根据六相爪极发电机系统的励磁电流控制特性建立PWM占空比和励磁线圈电压方程；