[發明專利]一種提高鐵氧體輔助式同步磁阻電機功率因數的優化方法

有效

• 申請號: 201810361597.0
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108494186B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 董硯;郭瑾;荊鍇;孫鶴旭;劉維佳
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H02K15/00
• 分類號: H02K15/00;G06F17/50
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

1.一種提高鐵氧體輔助式同步磁阻電機功率因數的優化方法，該方法的具體步驟是：

第一步：確定同步磁阻電機SynRM的結構參數：

測量得到SynRM的定子結構參數，包括定子槽數n_s、定子槽口寬度S_so、定子槽距角β；其次，測量得到SynRM的轉子結構參數，包括轉子極對數P、轉子磁障層數n_l、轉子槽口寬度R_so、鐵芯有效長度l、定子內徑與轉子外徑間的氣隙長度δ’；

需要根據上述測量得到的定子槽數按照公式(1)來確定轉子槽數n_r，

在確定轉子槽數為n_r后，根據公式(2)計算轉子槽距角α，

第二步：Taguchi優化SynRM轉子絕緣磁障結構：

對定子內徑與轉子外徑間的氣隙長度δ’和每層磁障寬度h_i，進行優化，i＝1,2,···,n_l：首先給出定子內徑與轉子外徑間的氣隙長度δ’的水準范圍，然后在每個水準下，改變每層磁障寬度來比較轉矩脈動的大小，分別找到每層磁障寬度h_i優化參數的水準范圍；其次在定子內徑與轉子外徑間的氣隙長度δ的水準范圍內分別對每個定子內徑與轉子外徑間的氣隙長度δ’下的磁障寬度h_i進行Taguchi優化設計，找到不同δ’下的轉矩脈動值，得到優化后的定子內徑與轉子外徑間的氣隙長度δ；再利用優化后的定子內徑與轉子外徑間的氣隙長度δ，在每層磁障寬度h_i優化參數的水準范圍內分別對每層磁障寬度h_i進行Taguchi優化設計，找到不同h_i下的轉矩脈動值，得到優化后的每層磁障寬度h_i’；最后確定出對應優化后的每層磁障寬度h_i’下的轉子絕緣磁障末端間距t_j及轉子磁障下邊弧長x_i，j＝1,2,···,n_l+1；

第三步：鐵氧體輔助式同步磁阻電機Fa-SynRM的轉子結構優化：

3-1、d、q軸磁路總磁阻R_d、R_q的等效計算：

阻礙各層導磁硅鋼片磁通流通的各個磁阻之間滿足并聯關系，通過式(3)等效計算d軸磁路總磁阻R_d：

R_d＝R_d1//R_d2//…//R_dj//…(3)

其中，j表示第j層導磁硅鋼片，j＝1,2,…,n_l+1；R_dj表示阻礙第j層導磁硅鋼片磁通流通的氣隙磁阻值，R_dj通過式(6)得到：

式中，μ_r為鐵氧體的相對磁導率，δ為第二步優化后的定子內徑與轉子外徑間的氣隙長度；

循環利用‘△-Y’變換將等效q軸磁路的磁阻的關系進行簡化，用式(11)等效計算q軸磁路總磁阻R_q：

R_q＝(R₁₁+…+R_k1+…)//(R′₁₁+…+R′_k1+…) (11)

式中，k為q軸磁路對應的磁障層數，其中1到n_l與n_l到2n_l對應相等，k＝2n_l；R_k1是關于加入鐵氧體后阻礙磁通順沿轉子導磁硅鋼片穿過定子內徑與轉子外徑間的氣隙的磁阻R_yj與阻礙穿過各層鐵氧體的磁阻R_mi和阻礙穿過各層屏障的磁阻R_δi的函數，用式(10)表示；

R_yj用式(7)表示，R_mi用式(8)表示，R_δi用式(9)表示；同理，q軸成對稱分布的另一部分的R′_yj、R′_mi、R′_δi分別用式(7)、(8)、(9)表示；

其中，k₁是磁通面積修正值，h_mi為鐵氧體寬度，b_mi為鐵氧體長度；

3-2、用d、q軸磁路總磁阻R_d、R_q表示功率因數：

將步驟3-1得到的d軸磁路總磁阻R_d和q軸磁路總磁阻R_q帶入式(12)中，得到由d、q軸等效磁阻所表示的功率因數計算式，該計算式建立了功率因數PF與上面確定的轉子結構參數轉子絕緣磁障末端間距t_j、相鄰兩層導磁硅鋼片間的絕緣磁障寬度h_i、轉子磁障下邊弧長x_i、鐵氧體寬度h_mi、鐵氧體長度b_mi、優化后的定子內徑與轉子外徑間的氣隙長度δ之間的關系，即建立功率因數與Fa-SynRM相關結構參數的關系：

3-3、遺傳算法和Taguchi法對Fa-SynRM轉子結構進行優化設計：

依據公式(12)通過遺傳算法，對Fa-SynRM轉子結構進行優化設計，得到功率因數PF最大下的每個變量的值，然后利用Taguchi法對變量進行局部優化，進而在滿足功率因數PF不變的條件下得到鐵氧體的最小體積值；考慮裂比系數對Fa-SynRM功率因數的影響，進一步提高電機的功率因數。

2.根據權利要求1所述的提高鐵氧體輔助式同步磁阻電機功率因數的優化方法，其特征在于所述Fa-SynRM選用橫向疊片轉子電機。