[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

摘要

本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。

主权项

1.一种改进的开关磁阻电机铁耗计算模型建立方法，其特征在于，该方法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k_h、涡流损耗系数k_e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：P_fe＝k_hfB^α+k_ef²B²      (1)式中，B为磁感应强度，f为频率，k_hB^αf为磁滞损耗，k_eB²f²为涡流损耗，k_h、k_e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k_hB^α＝C，k_eB²＝D，并使左右两边同除以f则可得根据上式求得不同频率下的磁滞损耗系数、不同磁感应强度下的磁滞损耗系数、不同频率下的涡流损耗系数、不同磁感应强度下的涡流损耗系数、不同频率下的Steinmetz因子和不同磁感应强度下的Steinmetz因子，分析磁滞损耗系数和涡流损耗系数随频率和磁感应强度的变化趋势，得到磁滞损耗系数k_h的取值受频率和磁感应强度变化的影响很小，可近似认为k_h的取值为常数；涡流损耗系数k_e随频率的增大基本呈直线下降趋势，涡流损耗系数k_e随磁感应强度的变化趋势不大，可忽略不计，因此涡流损耗系数可用以下表达式拟合：K_e＝af+b       (3)随着频率的变化Steinmetz因子基本保持不变，可以认为Steinmetz因子的取值与频率无关，Steinmetz因子随磁感应强度的增大而增大，其变化规律可用以下多项式拟合：α＝k₁B³+k₂B²+k₃B+k₄       (4)通过以上分析可得到铁磁材料的两项式变系数计算模型如下：以上所述两项式变系数计算模型只适用于磁感应强度波形为正弦波的情况下铁耗的计算，而在开关磁阻电机铁心中磁感应强度恰恰就不是正弦波形，因此不能直接用上述模型计算开关磁阻电机中的铁耗；因此假设磁感应强度波形的基波频率为f，经过傅立叶分解后，第m次谐波的幅值为B_m,频率为mf，则由第m次谐波产生的铁耗为通过有限元计算分析得到的电机铁心某处的磁感应强度是以切向分量和径向分量的形式给出的，假设径向分量用B_N表示，切向分量用B_T表示，则第m次分量的可表示为：则考虑切向和径向分量的第m次谐波产生的铁耗为因此计及前n次谐波铁心中某一部分铁损计算模型为对电机每一部分铁损运用上述计及前n次谐波铁损计算模型计算得到电机铁损，求和即可得到电机的铁损模型。