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智能化与AI应用 ★ 4.0

同步电机随机绕组线圈的阻抗变化:一种统计方法

Impedance Variations in Random Wound Coils of Synchronous Motors: a Statistical Approach

作者 Piat Arthur · Hlioui Sami · Lévy Pierre-Etienne · Costa François · Serpaud Sébastien
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2025年8月
技术分类 智能化与AI应用
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 阻抗特性 随机绕制线圈 阻抗不确定性 线匝布置 设计参数
语言:

中文摘要

差模和共模阻抗表征在预测电力驱动系统中的电磁干扰方面起着至关重要的作用。本文通过直接阻抗测量表明,由于绕线过程中固有的不一致性,即使是在相似参数下制造的线圈,随机绕制的线圈也可能表现出显著的阻抗差异。本文利用预测性阻抗建模结合导线布置模拟来分析随机绕制线圈的变异性。研究结果表明,绕线随机性是导致阻抗不确定性的重要因素,同时也证实导线布置并非完全随机,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。该方法能够在考虑所研究样本初始差异的情况下,量化所研究设计变量的影响。本文旨在使人们更好地理解随机绕制电机的线圈设计参数在宽频谱范围内所引发的整体相互作用。

English Abstract

Differential and Common Mode impedance characterization plays a crucial role in predicting Electromagnetic Interferences prediction in electric power drives. This paper illustrates, through direct impedance measurements, that random wound coils can exhibit notable impedance differences, even among coils manufactured under similar parameters, due to inconsistencies inherent in the winding process. Predictive impedance modeling combined with wire placement simulations is utilized to analyze the variability in randomly wound coils. The findings demonstrate that winding randomness significantly contributes to impedance uncertainties, while also confirming that wire placement follows non-fully stochastic patterns, likely influenced by repeatable aspects of the manufacturing process. To analyze further the influence of design parameters, the authors propose an approach using statistical repartition of impedances. This method allows quantifying the impact of studied design variables, considering initial variations present in studied samples. This paper aims at giving a better understanding of overall interactions induced by coils design parameters on a broad frequency spectrum for random wound motors.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,该论文针对同步电机随机绕组阻抗变化的统计分析研究具有重要的工程应用价值。在我司光伏逆变器、储能变流器及新能源汽车驱动系统中,电机绕组的阻抗特性直接影响电磁干扰(EMI)预测精度和系统可靠性设计。

论文揭示的核心问题与我司产品开发痛点高度契合。即使在相同制造参数下,随机绕组线圈也会因工艺固有的不一致性产生显著阻抗差异,这解释了我们在批量生产中遇到的EMI性能波动现象。论文提出的阻抗统计分布方法为我们提供了量化设计变量影响的新工具,可显著提升储能系统和电驱产品的共模/差模干扰预测准确性,减少过度设计和EMC测试不通过的风险。

该技术的应用价值体现在多个层面:首先,通过导线布置仿真结合阻抗建模,可在设计阶段预判绕组变异性,优化我司高功率密度逆变器的电磁兼容设计;其次,统计方法能够识别制造过程中的可重复性模式,为工艺改进提供数据支撑,这对提升我司电机类产品的一致性至关重要;再者,宽频谱阻抗特性分析有助于优化PWM开关策略,降低高频谐波损耗。

当前该技术尚处于学术验证阶段,工程化应用需要建立企业级的测量数据库和仿真模型库。主要挑战在于如何将统计方法集成到现有的电磁仿真流程中,以及如何平衡计算成本与预测精度。建议我司技术中心可考虑与研究团队合作,针对大功率储能变流器和永磁同步电机驱动系统开展定制化研究,将该方法纳入数字孪生体系,提升产品设计鲁棒性和市场竞争力。