[发明专利]一种基于有限元分析的变参数永磁同步电动机建模方法

摘要

本发明涉及一种基于有限元分析的变参数永磁同步电动机建模方法，包括以下步骤：建立永磁同步电动机的三维有限元电磁场仿真模型，并对其进行瞬态场路耦合分析，以获得大量特征参数；创建改进的永磁同步电动机电压方程与转矩方程；根据改进的永磁同步电动机数学模型，搭建永磁同步电动机的仿真模型；将所获各特征参数通入仿真模型的相应端口，完成基于限元分析的变参数永磁同步电动机动态仿真模型的搭建。本发明的永磁同步电动机模型可以综合考虑磁场饱和效应、d-q轴交叉耦合效应、涡流与磁滞等效应，兼顾实时性的同时提高了现有永磁同步电动机模型的准确度，特别适用于永磁同步电机断电-重投、三相突然短路等动态过程的研究。

主权项

1.一种基于有限元分析的变参数永磁同步电动机建模方法，其特征在于步骤如下：步骤1：根据所设计的永磁同步电动机的结构参数，建立永磁同步电动机的三维有限元电磁场仿真模型；步骤2：采用有限元瞬态场路耦合分析方法对仿真模型进行瞬态场路耦合分析，得到不同交、直轴电流下永磁同步电动机的直轴同步电感值L_dd、交轴同步电感值L_qq、交轴在直轴中的互感值L_dq与直轴在交轴中的互感值L_qd，不同温度下永磁同步电动机的相电阻值R和永磁体磁链值ψ_f；步骤3：然后计算等效电机一个电周期内涡流与磁滞损耗之和的交轴虚拟阻尼绕组电感值L_QQ、电阻值R_Q与直轴虚拟阻尼绕组电感值L_DD、电阻值R_D：RD=-KDfLdDsin(ΔθD)KD2-2KDcos(ΔθD)+1]]>RQ=-KQfLqQsin(ΔθQ)KQ2-2KQcos(ΔθQ)+1]]>LDD=-KDLdD(KD-cos(ΔθD))KD2-2KDcos(ΔθD)+1]]>LQQ=-KQLqQ(KQ-cos(ΔθQ))KQ2-2KQcos(ΔθQ)+1]]>其中：ψ_D’为直轴定向下转子固定不转时的三相合成磁链，ψ_D为直轴定向下转子以额定转速旋转时的三相合成磁链，ψ_Q'为交轴定向下转子固定不转时的三相合成磁链，ψ_Q为交轴定向下转子以额定转速旋转时的三相合成磁链，Δθ_D为ψ_D'与ψ_D的相位差，Δθ_Q为ψ_Q'与ψ_Q的相位差，f为电流频率，L_dD为同步电机定子相绕组与直轴虚拟阻尼绕组间互感的幅值，L_qQ为同步电机定子相绕组与交轴虚拟阻尼绕组间互感的幅值；步骤4：计算直轴永磁磁链ψ_dpm和交轴永磁磁链ψ_qpm：ψ_dpm=（0.8～1.2）*ψ_f，ψ_qpm=（0.8～1.2）*ψ_f，其中：ψ_f为永磁同步电动机饱和系数；确定永磁同步电动机机械摩擦损耗P_ms和电机输出额定功率时的杂散损耗P_sN：Pms=(1%~5%)*(1-η)*Pη]]>PsN=(0.5%~3%)*Pη]]>其中：η为电机运行效率，P为电机额定功率；步骤5：以步骤2～步骤4得到的电机特征参数，构建永磁同步电动机电压方程和转矩方程：永磁同步电动机电压方程为：Ud=Rid+Ldddiddt+Ldqdiqdt+LdDdiDdt-ω(Lqqiq+Lqdid+ψqpm+LqQiQ)Uq=Riq+Lqqdiqdt+Lqddiddt+LqQdiQdt+ω(Lddid+Ldqiq+ψdpm+LdDiD)0=RDiD+LDDdiDdt+LdDdiddt0=RQiQ+LQQdiQdt+LqQdiqdt;]]>永磁同步电动机转矩方程为：Te=Poutωm=32p[(Ldd-Lqq)idiq+(ψdpmiq-ψqpmid)+(Ldqiq2-Lqdid2)+(LdDiDiq-LqQiQid)]-[Tms+(id2+iq2)PsNωm+32p(LDD-LQQ)iDiQ];]]>步骤6：利用电机控制类仿真软件MATLAB/Simulink对步骤5中的永磁同步电动机电压方程和转矩方程进行搭建，得到基于有限元分析的变参数永磁同步电动机动态仿真建模的模型。