[发明专利]基于拼接法的感应电机转子侧电磁量谐波的快速分离方法

说明书

本发明涉及一种基于拼接法的感应电机转子侧电磁量谐波的快速分离方法，利用感应电机转子侧电磁量的时空对应关系，计算空间对称位置上的转子齿和导条的磁密和电密的一段波形，波形段的时长由每对极下的转子槽数和转差频率确定，通常仅需几个工频周期；将这些齿磁密和导条电密的波形段拼接，从而获得完整转差频率下的磁密和电密波形。拼接得到的波形经过傅里叶分析分离出各次谐波成分之后，可用于转子侧损耗的计算。采用拼接法计算感应电机负载运行时转子侧电磁量的波形，可以大大节省获取转子侧谐波所需的计算时间和存储空间。

技术领域

本发明属于交流电机损耗计算及分析技术领域，是一种大大缩短感应电机损耗计算时间的计算方法，特别涉及一种基于拼接法的感应电机转子侧电磁量谐波的快速分离方法。

背景技术

在超高效电机研制过程中，降低电机内部损耗是提高电机效率的一个重要途径，这就要求在设计阶段预先较精确地计算电机损耗及其具体分布情况。因此，针对感应电机损耗的局部分布情况进行研究是十分必要。

传统方法存在着经验系数过多和无法精确计算局部铁耗等弊端，难以满足对电机内部损耗的精细化分析，基于有限元法的损耗计算能够方便解决上述问题，其可计及电机微观结构、饱和以及谐波等影响因素，在研究电机内部损耗分布方面，得到了越来越广泛的应用。

然而，有限元法也存在相应的缺点，精密的剖分网格和精细的时间步长大大增加了计算机的计算时间和存储空间，在日常的损耗研究和计算中，大量的时间消耗和存储空间的需求使得工作十分棘手。因此，在保证有效精度前提下，如何大幅缩减有限元法的计算时间和存储空间是电机损耗精细化分析领域里亟待解决的问题。然而大部分文献都只分析了空载条件下的损耗，在空载情况下，转子转速接近同步速，转差频率非常小，在对一个工频周期数据直接进行傅里叶分解求解各次谐波幅值时所造成的误差可忽略不计，所以仅计算一个工频周期的数据便可准确获得空载条件下的转子磁密和电密。而当转子负载运行时，由于转差频率的存在，直接通过傅里叶分解得到的幅值数据将造成很大的误差，而要精确计算转子侧磁密和电密，必须要计算一个转差频率下的完整周期，往往是一个工频周期的30-40倍。这大大的增加了有限元法的计算量，需要消耗大量的计算时间。另一方面，在计算过程中庞大的数据存储量需要消耗极大的计算机内存，甚至超出了一般个人计算机内存容量范围。上述原因造成了转子侧损耗研究困难的现状，如何在保证转子侧损耗计算精度的同时，大大降低计算量，成为了转子侧损耗分析领域亟待解决的问题。

本发明利用感应电机转子侧结构的空间对称性，将一对极下转子各齿和导条上相同位置的有限元单元关联，根据转子每对极的槽数和转差频率计算一定时间段内这些齿单元的磁密波形和导条单元的电密波形，将这一时间段内上述存在关联的单元的波形按照转子转动方向一次拼接，即可获得完整转差频率下的磁密和电密波形。该方法仅使用几个工频周期的磁密和电密计算数据，便可求得一个完整转差周期的转子齿和导条中各处的磁密和电密波形。对拼接得到的波形进行离散傅里叶变换，即可得到转子损耗计算所需的磁密和电密各次谐波幅值。通过拼接获得完整转差周期转子电磁量波形的方法比传统直接计算完整转差周期波形节省了大量的计算时间和存储空间。

发明内容

本发明申请提出了一种基于拼接法的感应电机转子侧电磁量谐波的快速分离方法，包括如下步骤：

步骤1：根据转子齿和导条空间分布上的对称性，对转子一对极下的所述齿和所述导条上的各有限元单元建立对应关系；

步骤2：采用时步有限元法求出负载条件下上述各齿单元磁密和各导条单元电密的一段波形，波形的时长可由每对极下的转子槽数和转差频率计算得到；

步骤3：分别将上述各齿单元的磁密波形段和各导条单元的电密波形段按照电机旋转的方向依次拼接起来，从而得到完整转差周期下的磁密和电密波形；

步骤4：采用离散傅里叶变换求得拼接后的磁密和电密波形的各次谐波幅值。