分析感应式电气变速器的电磁耦合与解耦控制
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摘要：对于以感应电机原理为基础的电气变速器，其解耦控制技术与电磁耦合问题值得研究，本文将对其进行详细阐述，针对耦合场所具备的分布规律还有主要参数数值的重要影响做研究分析。通过有限元仿真对电气变速器的自感和互感进行定量的计算，确定其内外电机变化范围，参考稳定不变的参数对比仿真分析电气变速器输出的转矩和转速变化情况，依照已知的电感数值和数理统计学模型构建系统模型，通过研究，结果显示出变参数解耦的计算具有正确性、准确性。
一、仿真磁场耦合与电气变速器
感应式的电器变速器结构原理如图所示：
图上所示的电气变速器的感应电机分布形式可以简单看作是2个同心同时径向上，将极对数一样的三相绕组安装在定子与内转子上，电气变速器的定子内外电机均具有，但是电气变速器并不可以简单的看作是感应电机的2个相互叠加结果，感应电机的外转子共内侧及外侧均具有相对于彼此单独存在的绕组鼠笼，为了可以满足汽车运用之后对高功率密度的需求，适当缩减外转子的厚度显得尤为重要，感应电机的变速器中是两个电机可以同时进行工作，工作的时候电流绕组会随着内转子与定子中的内外气隙变化而产生不断变化的磁场，进而可以进行常规的运作。
二、电磁感应式参数的分析
电感应相关参数的变化情况不同则产生不同的影响，针对磁场耦合状况会对电机功能产生的影响进行研究探讨，初步确定在不同的耦合状态下电器电机的电感参数会随之产生相对应的变化。研究中通过计算仿真有限元的方式，获得电机内的相电感、电机外的相电感和互感数值，并且对内电机的励磁电流、外电机的励磁电流大小变化以及它们之间相角叉的变化进行记录，通过记录的数据和内外电流相角叉的变化情况来绘制三维图，这样通过图像就可以直观的看到至上而下的各个网格和各自的定力电流的仿真图像。
对于定力电流进行的定义可以分别通过内转子和定子的相绕组，从上图中能够观察到在励磁正常的状况下伴随着电流的增大不论是内机还是外机，其定子与内转子的自感相绕组均出现不同程度的减小，而且随着二者各自增大的相位角同样出现了减小的现象，励磁电流越小电感降低程度越大，考虑多方面因素，最开始的铁心磁导率特别小是产生这样现象的主要原因；然后继续研究各自产生电感值的大小，观察其幅值变化范围及幅度大小，一般都是控制在几倍以内，这种特殊的状况无形之中增加了控制电机精准度的难度，所以电气的变速器模型的处理方法将不同于一般电机，不可以进行普通的线性化处理，建立相应模型时应将电感参数作为是内励磁电机和外励磁电机电流在同相位角的差值之间建立的变量三元函数。模型构建过程中应注意细节，考虑其中的各个步骤。
三、电气变速器中数学耦合模型的建立
已经经过了对磁场耦合性质的细致分析，不难发现对分布的磁链和磁链相对应的电感应该按照电气变速器的特性，其数学模型的构建中应当进行3实行分类。分类过程中3类L1、L2、L3、L4分别对应的内转子所出现的绕组、其内外对应的外转子鼠笼和定子绕组所形成的相漏感；还需要体现的就是电机内电机外出现的相互感；对于定子和内转子绕组中间形成的互感，这个主要是指能对电机双笼感应形成的内电机外电机定转子的每个绕组所产生的互感和自感提供更好的参考。实验中可以建立方程，方程里的每一个L都是一个三阶的方阵，这样可以认为电感矩阵是一个12×12的阵型排列，不难发现电气变速器的模型体系是十分复杂的。下面继续针对内部电机进行分析，重点研究各个部件的承受力相对于电磁转矩的关系。采取逆时针方法针对正方向分析，外转子产生的相对于定转子电磁作用力大小用Tros来表示，而内转子形成的电磁作用力大小用Trori表示， 这样去分析内外转子的内外笼分量，可以得出这样的结论，定子所承受的外转子相反作用力可以用Tsro=-Tros代表。这样构建的模型可以分析出很多问题并可进行更加深入的研究。
四、仿真性实验的进行
以上的分析和数学模型的构建，已经发现了电机变速器的一些特性，下面针对已经构建成立的不同模型采取仿真对比，对比结果出现后将采用台架式实验组织进行检验。首先以内转子的角度对转动速度做恒定为零假设，再按照样机设计的额定励磁将定转移和内转子的对应绕组给定，以50Hz的通电频率通电，当所有的电感都依照额定及实际情况计算了给定结果后，将仿真做出的结果替换成参数模型，用计算有限元计算出的三维数表来获取电气变速器产生的其对应的电感参数，按照上述的方式依次输入电气变速器上的其他给定。电机稳定运行，可查表得出记录，相应的电感分别为33.8mH和47.75mH以及17.3mH，电机处于稳定状态，电机这时产生的有效电流值全部是17.32A，相应的差值均为105.4，最后得出稳定工作状态下电机转速约为1500r/min，和既定参数的大小一致。
五、变速器在汽车中的应用
近些年来变速器飞速发展，并广泛应用于汽车中，新的自动变速器，特点十分鲜明。其中液力机械式变速器操控上拥有平顺性，技术的开发上也比较完善、更易于操作，但其成本不容易控制，传动结构里面的导轮、泵轮、涡轮组合复杂，消耗的燃油多、耗散功率也比较多。相比之下无级自动变速器则更具平顺性、传动效率也较高，唯一的不足还是无法控制单机消费，现在只在小转矩车辆匹配中应用。值得一提的是电控机械式变速器，它的传动无用功低、结构不复杂、成本也低廉的特点，可以保证汽车自动换挡，不过在换挡的过程中，动力传递的连贯性却无法保证，不可以突然中断动力，因为重新结合时会有很大惯性，变速器在汽车的应用中种类繁多，各自特点也有所不同，合理的研究又有利于日后更好的利用，并促进我国经济的发展。
六、结语
由于感应电气变速器EVT的结构特点，变速器内的磁场分布随着内外电机的不同情况呈现不同的状态。详细分析变速器内部的磁场分布规律和重要的电机参数，总结这些因素对电感产生的影响，根据仿真有限元的特点获取内外电机的相角差在不同励磁电流下的具体情况，取得电磁感应变化下三维数据的相关资料和数据表，之后计算推导耦合过后的数学模型，但需考虑到变速器的变化范围过大会对结果造成的影响，他的电感矩阵可能会呈现不恒定现象。由于EVT仿真模型是在解耦后的基础上建立起来，那么其查询数表的方式就应该是通过获得电感参数值来进行，如此一系列台架测试样机的测验，可以得出变参数模型正确的结论。
参考文献：
[1]韩麟凤.分析感应式电气变速器的电磁耦合与解耦控制技术[J].科技创新导报，2012（06）.
[2]黄文祥.感应式电气变速器的电磁耦合与解耦控制[J].电机与控制学报，2011（05）.
[3]赵子明.感应耦合式锂电池无线充电平台设计研究[D].浙江大学，2013（01）.
作者简介：
王玲，1979.6，毕业于郑州大学电气工程及其自动化专业；工作于西安铁路职业技术学院电气工程系电气自动化专业；现攻读西安科技大学电控学院工程硕士，研究方向电气控制。