[發(fā)明專利]一種提高鐵氧體輔助式同步磁阻電機(jī)功率因數(shù)的優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810361597.0
• 申請(qǐng)日: 2018-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN108494186B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董硯;郭瑾;荊鍇;孫鶴旭;劉維佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K15/00
• 分類號(hào): H02K15/00;G06F17/50
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長(zhǎng)杰

本發(fā)明涉及一種提高鐵氧體輔助式同步磁阻電機(jī)功率因數(shù)的優(yōu)化方法，該方法在已設(shè)計(jì)好的同步磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁障結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，添加鐵氧體，通過分析鐵氧體輔助式同步磁阻電機(jī)等效磁回路，找到功率因數(shù)與d軸和q軸磁阻的關(guān)系表達(dá)式，進(jìn)而利用遺傳算法和Taguchi法優(yōu)化鐵氧體結(jié)構(gòu)，找到更高功率因數(shù)和更小鐵氧體體積結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時(shí)考慮到裂比系數(shù)對(duì)功率因數(shù)的影響。該方法與有限元法相比，可大大減少所占用的計(jì)算機(jī)內(nèi)存資源，同時(shí)降低了數(shù)學(xué)運(yùn)算的難度，既能顯著改善Fa?SynRM的功率因數(shù)，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)Fa?SynRM的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種提高鐵氧體輔助式同步磁阻電機(jī)功率因數(shù)的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著原材料價(jià)格的上漲，以及產(chǎn)品成本壓力的增加，人們?cè)陉P(guān)注電機(jī)性能的同時(shí)，也考慮電機(jī)的成本問題。同步磁阻電機(jī)(Synchronous Reluctance Machine，以下簡(jiǎn)稱SynRM)以其生產(chǎn)制造成本低、恒功率運(yùn)行范圍寬、過載能力強(qiáng)，以及可靠性高等特點(diǎn)而備受關(guān)注。然而，SynRM功率因數(shù)較低，需要外接更大的逆變器，額外增加了成本。為提高SynRM的功率因數(shù)，一些學(xué)者在電機(jī)轉(zhuǎn)子的隔磁槽中插入少量永磁體。相比于傳統(tǒng)永磁電機(jī)，其永磁體的用量相對(duì)較少，因此這種電機(jī)被稱為永磁體輔助式同步磁阻電機(jī)(Permanent Magnet-assisted Synchronous Reluctance Machine，以下簡(jiǎn)稱PMaSynRM)。兩者相比，PMaSynRM平均轉(zhuǎn)矩、效率和功率因數(shù)都有所提高。因此，永磁體輔助式同步磁阻電機(jī)，特別是使用價(jià)格更為低廉的鐵氧體材料的鐵氧體輔助式同步磁阻電機(jī)(Ferrite-assisted Synchronous Reluctance Machine，以下簡(jiǎn)稱Fa-SynRM)，是一種低成本、高性能的電機(jī)。所以，如何設(shè)計(jì)鐵氧體結(jié)構(gòu)使Fa-SynRM功率因數(shù)大，成為近幾年研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。

由于鐵氧體輔助式同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與同步磁阻電機(jī)類似，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，通常先優(yōu)化設(shè)計(jì)同步磁阻電機(jī)，再在轉(zhuǎn)子的某些隔磁槽中放入鐵氧體。文獻(xiàn)[WenliangZhao,Dezhi Chen,Thomas A.Lipo,Byung-Il Kwon.Performance Improvement ofFerrite-Assisted Synchronous Reluctance Machines Using Asymmetrical RotorConfigurations[J].IEEE Transactions on Magnetics,2015,51(11):8108504.]采用新型非對(duì)稱轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，改善了鐵氧體輔助式同步磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、效率和功率因數(shù)，并且在JMAG-Designer的輔助下，基于二維有限元法，采用凍結(jié)滲透法將磁阻轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩分離開來，通過使電磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩在同一個(gè)電流相角下達(dá)到最大值，進(jìn)而很大程度的提升功率因數(shù)和效率，但是，這個(gè)方法加大了設(shè)計(jì)者的工作量和生產(chǎn)成本，也增加了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供提高鐵氧體輔助式同步磁阻電機(jī)功率因數(shù)的優(yōu)化方法。在已設(shè)計(jì)好的同步磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁障結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，添加鐵氧體，通過分析鐵氧體輔助式同步磁阻電機(jī)等效磁回路，找到功率因數(shù)與d軸和q軸磁阻的關(guān)系表達(dá)式，進(jìn)而利用遺傳算法和Taguchi法優(yōu)化鐵氧體結(jié)構(gòu)，找到更高功率因數(shù)和更小鐵氧體體積結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時(shí)考慮到裂比系數(shù)對(duì)功率因數(shù)的影響。該方法與有限元法相比，可大大減少所占用的計(jì)算機(jī)內(nèi)存資源，同時(shí)降低了數(shù)學(xué)運(yùn)算的難度，既能顯著改善Fa-SynRM的功率因數(shù)，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)Fa-SynRM的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種提高鐵氧體輔助式同步磁阻電機(jī)功率因數(shù)的優(yōu)化方法，該方法的具體步驟是：

第一步：確定同步磁阻電機(jī)SynRM的結(jié)構(gòu)參數(shù)：