High Frequency Modeling of Electric Machines Using Finite Element Analysis Derived Data
High Frequency Modeling of Electric Machines Using Finite Element Analysis Derived Data
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使用有限元分析导出的数据对电机进行高频建模
DOI：
10.1109/tie.2023.3260357
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发表时间：
2024
影响因子：
7.7
通讯作者：
Hewitt D
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hewitt D
与传统的硅基解决方案相比，在电机驱动器中使用宽带隙（WBG）半导体开关器件可显著提高功率密度和效率。然而，该技术也对电机的绝缘设计提出了挑战，因为由于快速和高频切换的结果，可能由于高峰电压应力而发生局部放电（PD）。为了评估局部放电的风险，有必要了解变压器运行期间电机绕组和相关绝缘内的电压分布。为此，需要能够预测内部电压分布的电机绕组的适当高频模型。本文提出了一种基于有限元分析（FEA）导出的数据构建这种模型的方法。本文中用于参数化模型的FEA数据结合了频率相关特性和均匀化技术来生成数据，这些数据捕获了机器的高频行为。所开发的模型进行比较，在频域和时域的测量，证明该模型的实用性和准确性。
The use of wide band gap (WBG) semiconductor switching devices in electric machine drives leads to a significant increase in power density and efficiency compared to conventional silicon-based solutions. However, this technology also presents challenges for the insulation design of electric machines since partial discharges (PDs) may occur due to high peak voltage stress as a result of fast and high frequency switching. To evaluate the risk of PD, it is necessary to understand the voltage distribution within the windings and associated insulation of an electric machine during converter operation. To this end, a suitable high frequency model of the machine windings capable of predicting the internal voltage distribution is required. This article proposes a method of constructing such a model based on finite element analysis (FEA) derived data. The FEA data used to parameterize the model in this article incorporates frequency dependent properties and homogenization techniques to produce data, which captures the high frequency behavior of the machine. The developed model is compared with measurements in both frequency and time domains, demonstrating the utility and accuracy of the model.
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