一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，包括以下步骤：进行电机绕组元件阻抗特性测试，建立电机绕组元件的阻抗模型；建立换向模型、电源模型和LISN模型，结合阻抗模型得到直流有刷电机的传导干扰模型，仿真得到传导干扰仿真结果；建立直流有刷电机的三维辐射干扰测试模型，仿真得到辐射干扰仿真结果。与现有技术相比，本发明专利技术通过阻抗特性测试建立电机绕组元件的阻抗模型，结合换向模型、电源模型和LISN模型得到传导干扰模型，得到传导干扰仿真结果；建立三维辐射干扰测试模型并使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果，能够分析直流有刷电机内部的传导干扰和对外的辐射干扰，为预测电机电磁干扰提供理论支撑和学术依据。撑和学术依据。撑和学术依据。

【技术实现步骤摘要】
一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法


[0001]本专利技术涉及有刷电机领域，尤其是涉及一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法。

技术介绍

[0002]直流有刷电机，是内含电刷装置的将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机，直流有刷电机设有电刷和换向片，在直流有刷电机的工作过程中，电机旋转使得电刷和换向片不断地接通和断开，电机的绕组元件内的电流频繁换向使得其感性绕组元件内能量过高，这个过程中很容易产生换向火花。换向火花会通过电机绕组传递到电机外接电源线上进而产生急剧变化的电压，急剧变化的电压会通过导线，然后以传导干扰和辐射干扰的方式影响其他设备的正常工作。传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰；辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。
[0003]目前汽车的电子化程度越来越高，汽车内的电子设备尤其是汽车的整车控制器、中控屏和低压电子设备等对电磁干扰比较敏感，因此当电路中或者空间中电磁干扰的幅值较大时会对电子设备的正常运行产生影响。比如中控屏出现“雪花”或者出现电磁杂音，严重的话甚至会使得汽车的整车控制器出现控制失误进而导致汽车的安全性能受到影响。直流有刷电机的电磁干扰问题已经成为影响汽车电磁安全性的重要因素之一。
[0004]因此对电机的电磁干扰产生机理进行准确的分析，进而分析电机内部的传导干扰和对外的辐射干扰，对降低直流有刷电机的电磁干扰以减少对外界电子设备的影响具有重要的意义。公开号为CN108680813A的中国专利技术专利公开了一种电磁干扰建模仿真方法及装置，在低频阻抗模型的基础上获取干扰源的低频特性，利用低频特性计算出干扰源的高频特性后，集成到直流有刷电机的全波模型中，通过仿真计算得到电磁干扰。但是，该方法在得到低频(100KHz以内)的干扰后，通过函数数据拟合的方式得到高频干扰(100MHz)，这样的拟合过于理想化，没有考虑到低频干扰和高频干扰的特性是存在区别的，因此得到的电磁干扰不够精确，说服力不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，通过阻抗特性测试，建立电机绕组元件的阻抗模型，结合换向模型、电源模型和LISN模型得到直流有刷电机的传导干扰模型，得到传导干扰仿真结果；建立三维辐射干扰测试模型并使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果，分析直流有刷电机内部的传导干扰和对外的辐射干扰，为预测电机电磁干扰提供理论支撑和学术依据。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，包括以下步骤：
[0008]进行电机绕组元件阻抗特性测试，得到阻抗测试数据，基于阻抗测试数据建立电机绕组元件的阻抗模型；根据直流有刷电机的换向过程建立直流有刷电机的换向模型，以模拟直流有刷电机换向过程中电机绕组元件的短路状态；根据直流有刷电机的传动干扰测试环境参数建立电源模型和LISN模型；
[0009]基于阻抗模型、换向模型、电源模型和LISN模型建立直流有刷电机的传导干扰模型；对直流有刷电机进行传导干扰测试，得到传导干扰测试结果，对传导干扰模型进行仿真分析，得到传导干扰仿真结果，将传导干扰测试结果与传导干扰仿真结果进行对比，如果误差大于预设置的精度阈值，则调整传导干扰模型；
[0010]建立直流有刷电机的三维辐射干扰测试模型；对直流有刷电机进行辐射干扰测试，得到辐射干扰测试结果，基于三维辐射干扰模型，使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果，将辐射干扰测试结果与辐射干扰仿真结果进行对比，如果误差大于预设置的精度阈值，则调整三维辐射干扰模型。
[0011]进一步的，阻抗模型的建立过程具体为：使用阻抗分析仪对电机绕组元件从150KHz到108MHz进行扫频，采样各个频率点的阻抗幅值和相位值，得到阻抗测试数据，基于阻抗测试数据使用RLC串并联电路拟合得到电机绕组元件的等效阻抗电路模型，即阻抗模型。
[0012]更进一步的，建立阻抗模型还包括：使用阻抗分析仪对电机绕组元件与直流有刷电机外壳之间的寄生电容进行测试，并确定寄生电容的大小，在建立的阻抗模型中添加寄生电容。
[0013]进一步的，根据直流有刷电机的换向过程建立直流有刷电机的换向模型具体为：计算直流有刷电机的换向周期，以及换向周期中的短路时间和非短路时间，使用仿真软件中的理想开关元件控制短路时间，得到直流有刷电机的换向模型。
[0014]进一步的，在仿真软件中对传导干扰模型进行时域仿真和FFT频域变换得到传导干扰频谱，即传导干扰仿真结果。
[0015]进一步的，建立直流有刷电机的三维辐射干扰测试模型具体为：基于直流有刷电机的辐射干扰测试环境参数，在仿真软件三维建模环境中建立直流有刷电机的三维结构模型，将电源、电源线、电机端口抽象为电学参数，建立二维电路模型；将二维电路模型与三维结构模型进行联合仿真，得到三维辐射干扰测试模型。
[0016]进一步的，使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果具体为：使用电流钳对直流有刷电机的电源线中的电流干扰进行测试，得到共模干扰测试结果；在三维辐射干扰测试模型中添加单位激励，仿真得到三维辐射干扰测试模型的传递函数；将共模干扰测试结果作为三维辐射干扰测试模型中的激励源，结合传递函数，仿真得到辐射干扰仿真结果。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0018](1)通过阻抗特性测试，建立电机绕组元件的阻抗模型，结合换向模型、电源模型和LISN模型得到直流有刷电机的传导干扰模型，得到传导干扰仿真结果；建立三维辐射干扰测试模型并使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果，分析直流有刷电机内部的传导干扰和对外的辐射干扰，为预测电机电磁干扰提供理论支撑和学术依据。
[0019](2)在阻抗模型建立时，对电机绕组元件进行自低频至高频的阻抗测试，基于测试结果使用RLC串并联电路拟合等效电路模型，并考虑高频测试时电机绕组元件与外壳之间
的寄生电容，将寄生电容加入等效电路模型中。
[0020](3)初步构建传导干扰模型和三维辐射干扰测试模型后，将模型的电磁干扰仿真结果与直流有刷点击的电磁干扰测试结果进行对比，以验证仿真结果的准确性，并进一步调整模型的参数。
附图说明
[0021]图1为实施例中直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法的流程图；
[0022]图2为实施例中阻抗模型建立的流程图；
[0023]图3为实施例中建立电机绕组元件模型需要的谐振元电路；
[0024]图4为实施例中谐振元电路的阻抗频谱图；
[0025]图5为实施例中电机绕组元件的等效电路模型；
[0026]图6为实施例中考虑寄生电容后电机绕组元件的等效电路模型；
[0027]图7为实施例中电刷与换相片的想对位置示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：进行电机绕组元件阻抗特性测试，得到阻抗测试数据，基于阻抗测试数据建立电机绕组元件的阻抗模型；根据直流有刷电机的换向过程建立直流有刷电机的换向模型，以模拟直流有刷电机换向过程中电机绕组元件的短路状态；根据直流有刷电机的传动干扰测试环境参数建立电源模型和LISN模型；基于阻抗模型、换向模型、电源模型和LISN模型建立直流有刷电机的传导干扰模型；对直流有刷电机进行传导干扰测试，得到传导干扰测试结果，对传导干扰模型进行仿真分析，得到传导干扰仿真结果，将传导干扰测试结果与传导干扰仿真结果进行对比，如果误差大于预设置的精度阈值，则调整传导干扰模型；建立直流有刷电机的三维辐射干扰测试模型；对直流有刷电机进行辐射干扰测试，得到辐射干扰测试结果，基于三维辐射干扰模型，使用传递函数仿真法得到辐射干扰仿真结果，将辐射干扰测试结果与辐射干扰仿真结果进行对比，如果误差大于预设置的精度阈值，则调整三维辐射干扰模型。2.根据权利要求1所述的一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，其特征在于，阻抗模型的建立过程具体为：使用阻抗分析仪对电机绕组元件从150KHz到108MHz进行扫频，采样各个频率点的阻抗幅值和相位值，得到阻抗测试数据，基于阻抗测试数据使用RLC串并联电路拟合得到电机绕组元件的等效阻抗电路模型，即阻抗模型。3.根据权利要求2所述的一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法，其特征在于，建立阻抗模型还包括：使用阻抗分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：张戟，吕相杰，王建昌，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：