[发明专利]一种改进的开关磁阻电机铁耗计算模型建立方法有效

专利信息
申请号: 201610804714.7 申请日: 2016-09-06
公开(公告)号: CN106326595B 公开(公告)日: 2019-05-31
发明(设计)人: 陈昊;闫文举;刘征;李冬 申请(专利权)人: 中国矿业大学
主分类号: G06F17/50 分类号: G06F17/50
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 221116 江苏省徐*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 开关磁阻电机 铁耗 计算模型 磁感应强度波形 铁磁材料 磁感应 非正弦 铁损 谐波 强度随时间变化 磁化 傅里叶分解 关键参数 累加求和 频率变化 数据分析 涡流损耗 正弦波形 正弦交变 磁滞 切向 磁场 实测 电机 改进 分解 分析
【说明书】:

发明公开一种用于开关磁阻电机铁耗计算的改进模型,属于开关磁阻电机铁耗计算及分析技术领域。该模型是通过对不同频率和磁场强度下铁磁材料实测的损耗值进行数据分析,得到磁滞耗系数、涡流损耗系数等几个关键参数随磁感应强度和频率变化的规律,从而得到正弦交变磁化时铁磁材料铁耗计算的变系数两项式计算模型。针对开关磁阻电机中磁感应强度波形非正弦的特殊情况,运用有限元计算得到电机每一部分的切向和径向磁感应强度随时间变化波形,分别对其进行傅里叶分解将非正弦磁感应强度波形分解成一列正弦波形,对每次谐波运用变系数两项式计算模型计算得到每次谐波的铁损,累加求和即可得到计及n次谐波单位质量铁损模型。

技术领域

本发明涉及一种改进的开关磁阻电机铁损计算模型建立方法,尤其适用于各种相数及其结构的开关磁阻电机。

背景技术

开关磁阻电机具有结构简单,坚固耐用,运行可靠,能量转换效率高等优点,但是由于开关磁阻直线电机的双凸极结构和磁饱和特性使得开关磁阻电机磁感应强度的非正弦特性,造成电机的铁耗计算困难,弄清开关磁阻电机铁耗产生的机理能够为提高电机的工作效率找到理论依据和改进方向;在建立电机控制系统模型时可以考虑把铁耗包含在内,从而得到更加准确的系统控制模型;对于选择合适的散热方式也有很大帮助,延长电机的适用寿命。因此研究精确的适用于开关磁阻电机非正弦特性的损耗模型是亟待解决的难点问题。目前开关磁阻电机的损耗计算模型主要有两种,一是根据经典的Steinmetz公式建立的两项式计算模型,结合电机所用的铁磁材料铁损数据,根据Steinmetz公式拟合得到磁滞损耗系数、涡流损耗系数和Steinmetz因子,然后建立电机的铁耗计算模型;二是根据Bertotti提出的考虑异常损耗建立的三项式计算模型,拟合得到磁滞损耗系数、涡流损耗系数和异常损耗系数,最后建立电机的铁耗计算模型;上述模型都是在固定频率情况下所确定的系数,且上述所确定的系数为常数,拟合误差较大,对于开关磁阻电机磁感应强度非正弦变化、频率不固定的情况计算误差较大,并不太适用。

发明内容

针对上述技术中存在问题,提供一种在不同频率下计算精确,并能够适用于开关磁阻电机磁感应强度非正弦特性的铁损计算模型。

为实现上述技术目的,本发明改进的开关磁阻电机铁损计算模型是在通过对不同频率和磁场强度下铁磁材料实测的损耗值进行数据分析,并结合Steinmetz公式,得到Steinmetz公式中磁滞耗系数kh、涡流损耗系数ke和Steinmetz因子α这几个关键参数随磁感应强度和频率变化的规律,从而得到了正弦交变磁化时铁磁材料铁耗计算的变系数两项式计算模型。针对开关磁阻电机中磁感应强度波形非正弦的特殊情况,运用有限元计算得到电机每一部分的切向和径向磁感应强度随时间变化波形,分别对其进行傅里叶分解将非正弦磁感应强度波形分解成一列正弦波形,对每次谐波运用变系数两项式计算模型计算得到每次谐波的铁损,累加求和即可得到计及n次谐波单位质量铁损模型,建立电机的铁损模型。具体模型建立过程如下。

在磁场为正弦交变磁场,磁感应强度峰值接近饱和以及不计高频下集肤效应对涡流的影响时,Steinmetz铁耗计算模型表达式为:

Pfe=khfBα+kef2B2 (1)

式中,B为磁感应强度,f为频率,khBαf为磁滞损耗,keB2f2为涡流损耗,kh、ke和α分别为磁滞损耗系数、涡流损耗系数和Steinmetz因子,它们的取值直接影响到计算模型的准确性。

令khBα=C,keB2=D,并使左右两边同除以f则可得

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