混合动力系统轴系机电耦合动力学分析

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1、成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集混合动力系统轴系机电耦合动力学分析12岳东鹏张峻霞（1．天津工程师范学院汽车系天津300222；2．天津科技大学机械工程学院天津300222）摘要:在分析影响混合动力轴系振动的电机主要特性参数的基础上，对混合动力系统轴系处于机电耦合作用下的动力学特性进行了全面的分析。分别从电机发电和助推两种不同模式下系统轴系耦合动力学特性进行了探讨，并和发动机模式对比得出一些有益的结论。并就电磁参数对轴系振动影响的机理进行了分析。关键词：混合

2、动力系统轴系动力学机电耦合电磁参数中图分类号:U4640前言电机力矩产生的波动主要是磁场分布的变化引起，而磁场的分布又是由电机的结构和反馈电流波目前，普通内燃发动机汽车动力装置振动噪声形来决定。虽然可以直接通过控制激励来减小甚至的研究已经很普遍。国内外对混合动力汽车动力系消除力矩波动，但是这就要求庞大的软件和硬件的统振动噪声的研究很少报道，而且主要是试验测试支持才能实现。研究表明永磁同步电机低速时常采用矢量控制。高速时则采用弱磁控制。通过不同的[1~2]为主，没有理论尤其是机电耦合方面的研究。控制策

3、略能比较容易的解决力矩波动问题，使动力动力系统结构型式较纯发动机驱动形式不同，改变系统性能保持稳定。其中转子磁链定向控制是较为了系统的激励特性，从而影响动力和传动系统振动简单的一种，为了简便分析，本文就以这种控制策特性。机械系统和电机系统彼此影响，因此有必要略来进行阐述。[3]将两者作为一个整体来研究。为了更好地分析电机1.1PMSM稳态运行数学模型与发动机相互耦合而产生的振动现象，建立混合动机电联系的一个重要物理量就是电磁转矩，电力系统机电统一耦合模型，并利用该模型对系统由磁转矩依赖于电机定转子之

4、间空隙中的磁场作用获不同模式下扰动因素引起的机电耦合动态过程进行得，因此可以从磁场的观点来探讨电磁转矩问题。研究，为系统的优化设计和振动控制提供依据，验分析永磁同步电机最常用的方法就是dq轴下证模型在研究混合动力机电耦合系统振动特性方面的数学模型，它不仅可用于分析永磁同步电机的稳的价值。先对混合动力系统轴系有影响的永磁同步态运行性能，也可用于电机的瞬态性能分析。永磁电机主要特性参数进行分析研究，然后把电机的因同步电机具有正弦形的反电动势波形，其定子电压素考虑到动力学分析中来，初次尝试分析混合动力和电

5、流也应为正弦波。假设电机是线性的，参数不系统轴系在机电耦合作用下的动力学特性。随温度等变化，忽略磁滞和涡流损耗，转子无阻尼绕组。1电磁参数分析永磁同步电机的电磁转矩基本上取决于定子的交轴电流分量和直轴电流分量，在永磁同步电机中，永磁同步电机(PMSM)转子上没有励磁绕组。磁场靠永磁体产生，而且永磁同步电机因其大扭矩常常直接用于驱动其它机械系统，由于一般在电机和负载之间不存在齿轮等其它传动机构，所以载荷力矩和电机直轴直接耦合作用，因此，对于混合动力汽车的动力系统，不仅要求保证内燃机动力系统的工作稳定性

6、，而且对电机系统也提出了更高的要求。所以分析电磁参数对混合动力轴系的振动影响机理对于很好地进行混合动力系统轴系的设计还是很有必要的。图1永磁同步电机空间矢量图由于转子磁链恒定不变，故采用转子磁链定向∂TeP1T⎫=ISI方式来控制永磁同步电机较为简单。采用转子磁链dqodqo⎪⎪∂θ22⎬定向的永磁同步电机空间矢量图如图1所示，定子=−P3{(L−LiiKi)(22−)+}⎪dqdqed电流矢量位于q轴，无d轴分量，即定子电流全部22⎪⎭用来产生扭矩，此时永磁同步电机的相应的方程为：∂2L()θ其中

7、，SK={()θ}{−T}{()Kθ}−12dψ∂θdu=−+ωψRidq1ddt⎡cos()cos(θθ−+2/3)cos(πθ2/3)π0⎤dψq2⎢sin()sθθin(2/−+π3)sin(2/θπ3)0⎥u=++ωψRiK()θ=⎢⎥qddt1q3⎢1/21/21/20⎥⎢⎥⎣0003/2⎦ψ=+LiLidddmdf⎡⎤L11LLL12131f⎢⎥电感矩阵=⎢⎥L21LLL22232fψ=LiL()θqqq⎢⎥LLLL3132333f⎢⎥⎢⎥⎣⎦Lf123LLLffffTpiip=−=+(

8、)ψψ[(LiiLLi−)i]emdqqdmdfqdqdq由上面公式中我们可以发现，当电机控制i＝０时d式中，u－电压；－电流；iψ－磁链；p－极对数；d,q－下标，分别表示定子的d,q轴分量；∂TeP32=−(LLi)dqq∂θ222d,2q－分别表示转子的d,q轴分量；L，L－mdmq从以上方程可以清楚地看出，控制i为零，可d定转子间的d,q轴互电感；L，L－定子绕组的dq以产生恒定的电机电磁转矩，但是交轴电流iq不仅d,q轴电感；i－永磁体的等效励磁电流；f对电