[发明专利]一种磁路功率的计算方法

说明书

本发明公开一种磁路功率的计算方法，本发明针对磁路的功率问题以及磁路中磁势与磁通的相位问题，在等效磁路矢量模型的基础上，绘制了磁路矢量图，通过磁路矢量图对磁路中的磁势、磁通、磁阻、磁抗进行分析，提出了磁路的虚拟有功功率、虚拟无功功率、虚拟复功率的计算方法；由磁路虚拟功率与电功率的归算因子，推导出磁路虚拟功率与电功率的数学关系，从而可直接由磁路中磁势、磁通等磁量计算得到电功率。本发明所提出的磁路功率计算方法，能够通过磁路矢量计算并分析磁路中的虚拟功率，进而归算出磁路的电功率；当无法通过电路矢量计算电功率时，可以通过磁路矢量求解电功率。

技术领域

本发明涉及磁路理论及应用领域，尤其涉及磁路功率的计算与分析。

背景技术

近年来，随着电气化和计算机技术的发展，各种不同结构特点、不同工作原理、不同性能优势的电机、变压器、无线充电装置等新型强电磁耦合设备大量涌现。目前这些新型电磁设备的早期设计主要依靠麦克斯韦方程组进行二维或三维有限元分析，计算复杂，耗费时间，成本较高。磁路理论是通过对偶电路理论建立的一种磁路分析方法，是电磁学中的重要理论之一。在特定情况下，等效磁路可通过对偶于电路理论中基尔霍夫定律、欧姆定律等经典原理的数学公式进行描述。在实际问题中，可以应用磁路分析方法对电磁设备进行磁场分析，将复杂抽象的实际分析问题简化为简单原理性的数学逻辑描述，能够减少电磁设备设计时间，节约设计成本。因此，磁路分析方法逐渐受到相关研究者的关注。

国内的磁路分析方法研究开始于20世纪八十年代，国内高校以及研究机构的相关领域专家在这方面取得了许多研究成果。沈阳工业大学的唐任远院士在《现代永磁电机理论与设计》中提出了永磁电机磁路的基本原理，虽然磁路法的计算速度快，但是该方法计算精度不高，在实际应用中往往采用一些由工程经验得出的修正系数对计算结果进行修正。南斯拉夫学者Vlado Ostovic在总结多种经典磁路理论的基础上，提出了一种动态磁网络模型的数值计算方法，在1999年他将三维动态磁网络方法成功应用在爪极发电机中。浙江大学陈晓刚等学者提出了永磁同步电机的磁网络模型，并在所搭建的模型上验证了动态磁网络法的快速性。随着ANSOFT、JAMG等商业化有限元软件的普及，磁路分析方法越来越多地用于电磁装备的三维电磁分析以及结构分析，例如无线电能传输装置模型、磁通切换电机模型、高频变压器模型以等新型电磁设备。

东南大学程明等学者提出磁路分析法与二维有限元法相结合的混合分析法，并将之应用于研究永磁体轴向分段对涡流损耗的影响，通过磁路分析方法弥补了有限元法原理上的不足。在现有磁路分析方法或磁网络分析方法应用过程中，主要根据磁路的欧姆定律、磁路的基尔霍夫定律对磁路的磁势、磁通进行分析计算，从未考虑过磁路的功率问题，磁路中功率的计算及分析未得到重视。除此之外，现有的磁路分析方法通过线性磁导、非线性磁导以及永磁磁势、绕组磁势等磁路元件对磁路进行建模，未考虑磁路中磁势与磁通的相位关系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对磁路的功率问题以及磁路中磁势与磁通的相位问题，提出了一种磁路功率的计算方法，通过磁路中的磁势、磁通、磁阻、磁抗绘制了磁路矢量图，计算出磁路的虚拟功率。由磁路虚拟功率与电功率的归算因子，推导出磁路虚拟功率与电功率的数学关系，从而可直接由磁路中磁势、磁通等磁量计算得到电功率。

本发明所采用的技术方案具体如下：

本发明提出一种磁路功率的计算方法，具体过程如下：

S1、当被测磁路稳定运行时，计算磁路中的磁势和磁通

S2、根据公式求解磁路的磁阻抗值Z_mc和磁阻抗角

S3、求解磁路磁阻值、磁抗值、磁感值，计算公式分别为：

X_mc＝jωL_mc；