[发明专利]定子绕组匝间短路下爪极发电机的电磁噪声仿真方法

说明书

本发明涉及一种定子绕组匝间短路下爪极发电机的电磁噪声仿真方法，包括：1、根据爪极发电机的电磁参数和定子绕组匝间短路故障情形，通过软件分别建立绕组匝间短路时爪极发电机的工作电路模型以及爪极发电机的电磁场有限元模型，在工作电路模型中仿真得到定子绕组匝间短路时爪极发电机的定子三相电流；2、将定子三相电流加载到电磁场有限元模型的电路模型中，仿真得到绕组匝间短路时爪极发电机受到的电磁力；3、将电磁力通过网格映射的方式加载到爪极发电机的结构有限元模型上，计算得到绕组匝间短路时爪极发电机的电磁噪声的仿真结果。与现有技术相比，本发明可以定量分析两种定子绕组匝间短路形式对电磁噪声的影响。

技术领域

本发明涉及爪极发电机的有限元仿真领域，尤其是涉及一种定子绕组匝间短路下爪极发电机的电磁噪声仿真方法。

背景技术

由于爪极发电机具有结构简单、制造成本低以及可靠性高的优点，目前在汽车发电机领域得到了非常广泛的应用。然而，高温高振动的发动机舱工作环境和高电负荷高磁负荷的运行工况导致爪极发电机容易出现绕组匝间短路故障。绕组匝间短路故障的识别、诊断以及短路时的电磁噪声特性分析是车用爪极发电机的一个研究重点和难点，目前主要通过试验方法进行研究，然而试验法需要加工样机，试验周期长且成本高，不利于对绕组匝间短路时的电磁噪声进行定量研究。为了实现对绕组匝间短路故障进行快速有效的研究，有必要建立一套定子绕组匝间短路下爪极发电机的电磁噪声仿真方法。

专利CN201410662724.2提出了一种汽车交流发电机降噪优化设计方法，该方法首先利用有限元法对发电机的结构模态进行计算，然后将电磁力简化为集中力加载到发电机上进行电磁振动响应计算，最后应用瞬态边界元法进行电磁噪声计算。该方法只能仿真计算正常状态下的电磁噪声，而无法计算绕组匝间短路时的电磁噪声，此外该方法将每个定子齿面受到的分布电磁力等效为集中力进行加载，改变了电磁力的空间分布特性，会给仿真结果带来误差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种定子绕组匝间短路下爪极发电机的电磁噪声仿真方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种定子绕组匝间短路下爪极发电机的电磁噪声仿真方法，包括以下步骤：

S1、根据爪极发电机的电磁参数和定子绕组匝间短路故障情形，通过软件分别建立绕组匝间短路时爪极发电机的工作电路模型以及爪极发电机的电磁场有限元模型，在工作电路模型中仿真得到定子绕组匝间短路时爪极发电机的定子三相电流；

S2、将所述定子三相电流加载到电磁场有限元模型的电路模型中，将爪极发电机当做电动机进行电磁场仿真，得到绕组匝间短路时爪极发电机受到的电磁力；

S3、将所述电磁力通过网格映射的方式加载到爪极发电机的结构有限元模型上，计算得到绕组匝间短路时爪极发电机的电磁噪声的仿真结果。

优选的，所述绕组匝间短路时爪极发电机的工作电路模型的建立过程具体包括：

根据同一根绕组匝间短路故障和不同根绕组匝间短路故障情形，并结合整流电路，在软件中建立相应的爪极发电机定子绕组匝间短路工作电路模型；根据需要分析的电磁噪声的最高频率以及频率分辨率，确定电流仿真的仿真步长和仿真步数；根据爪极发电机的电磁参数和运行工况，对工作电流进行仿真，以输出绕组匝间短路时的定子三相电流。

优选的，所述爪极发电机的电磁场有限元模型的建立过程具体包括：

根据爪极发电机的实际尺寸，在电磁仿真软件中建立爪极发电机的三维几何模型；根据爪极发电机实际的并绕绕组根数和定子绕组匝间短路形式，在每个定子槽中建立相应数量的导体；设置边界条件并进行网格划分，得到爪极发电机的电磁场有限元模型。

优选的，所述步骤S2具体包括：