同步电动机随机绕组线圈的阻抗变化：一种统计方法

《IEEE Transactions on Energy Conversion》：Impedance Variations in Random Wound Coils of Synchronous Motors: A Statistical Approach

电磁干扰预测中随机绕线电机共模/差模阻抗特性研究，通过直接阻抗测量和统计建模分析制造工艺对线圈位置的影响，揭示绕线随机性显著导致阻抗不确定性，并建立设计参数与阻抗谱的定量关系。

　　

摘要：

差分模式和共模阻抗的表征在预测电力驱动器中的电磁干扰方面起着关键作用。本文通过直接的阻抗测量表明，即使在相同参数下制造的线圈之间，随机缠绕的线圈也可能表现出显著的阻抗差异，这是由于缠绕过程中存在的不一致性所致。通过结合导线布置模拟的预测性阻抗建模来分析随机缠绕线圈的变异性。研究结果表明，缠绕的随机性显著增加了阻抗的不确定性，同时也证实了导线布置遵循非完全随机的模式，这可能受到制造过程中可重复因素的影响。为了进一步分析设计参数的影响，作者提出了一种利用阻抗统计分布的方法。该方法允许量化所研究设计变量的影响，同时考虑了样本中存在的初始差异。本文旨在更好地理解线圈设计参数在广泛频率范围内对随机缠绕电机整体性能的影响。

引言

在全球交通电气化（飞机、个人汽车和公共交通）的背景下，高频（HF）电机建模已被确定为预测电磁兼容性（EMC）[1]、[2]、老化和故障[3]、[4]的关键组成部分。实际上，这些系统中的逆变器通常使用硬开关脉宽调制（PWM），产生宽电压谱，从而引起传导和辐射干扰[5]。根据众多法规[6]，这些效应必须控制在规定的范围内，并且在受控电机内部产生应力[7]。常用的预测方法是对现有电机进行阻抗测量，确定共模和差分模阻抗（CM和DM），并将这些特性提供给电路模型，以便在研究频率下进行干扰预测[8]、[9]。然而，这种方法无法在电机设计阶段使用。最近的研究旨在模拟和验证此类测量的预测，从而能够在设计阶段进行EMC预测[1]、[2]、[3]、[4]、[10]、[11]、[12]。在阻抗预测方面，将模拟曲线与测量曲线进行比较是文献中的标准做法[1]、[2]、[10]、[12]。由于制造大量原型件的复杂性和成本问题，这种验证通常仅限于小样本集。在随机缠绕电机的特殊情况下，导线在槽内的位置可能会有显著变化，导致阻抗和对dv/dt的时间响应存在差异[4]、[13]、[14]。这种变异性使得测量工作变得复杂，因为原本应完全相同的原型件仍可能表现出显著差异，而且这些差异会随着频率的变化而进一步发展[13]、[14]。在这种情况下，根据特定的制造变量评估阻抗可能具有挑战性，需要对所有测量误差进行可靠的量化。为了解决这些问题，本文对多个定子线圈进行了测量，旨在量化制造变量对CM和DM阻抗的影响。这些测量结果结合预测建模[15]、[16]，证明了限制由于制造变化引起的阻抗变化的可行性。本文强调了统计方法在评估设计参数影响方面的相关性，即使是在处理异构原型样本时也是如此。