[發明專利]一種基于非線性動力學分析的永磁同步電機磁鏈優化方法

有效

• 申請號: 201811504369.0
• 申請日: 2018-12-10
• 公開（公告）號: CN109713972B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 解騫;慕長輝;吳剛;郁亞南;賈嶸
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P25/022
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 曾慶喜

本發明公開了一種基于非線性動力學分析的永磁同步電機磁鏈優化方法，首先，建立永磁同步電機的數學模型，采用仿射變換法將永磁同步電機的數學模型進行轉換，之后進行仿真，確定永磁同步電動機磁鏈范圍，由于仿真后永磁同步電機數學模型在平衡點處穩定，即可得到永磁同步電動機磁鏈范圍，再利用matlab仿真軟件，得到仿真后永磁同步電機數學模型的李雅普諾夫指數譜，即可進一步縮小永磁同步電機磁鏈范圍；最后搭建仿真后永磁同步電機數學模型，選取至少5種磁鏈值進行仿真，待磁通密度接近飽和時，得到最優的永磁同步電機的磁鏈值。使用本方法在進行電機設計時，能得到其最佳工作點處的磁鏈值，減少了設計成本。

技術領域

本發明屬于非線性動力學技術領域，具體涉及一種基于非線性動力學分析的永磁同步電機磁鏈優化方法。

背景技術

與其它電機相比，永磁同步電動機的性能有了很大的提高，它具有體積小、重量輕、功率因數高、響應快、效率高、輸出轉矩大等優點。因此，永磁同步電動機的可靠性更高，已廣泛應用于工業和高性能應用，包括工業驅動和電池電動車輛。近年來，其穩定性和可靠性的研究引起了人們的廣泛關注，這是由于永磁同步電動機的穩定可靠運行是工業自動化生產中的一個重要問題。現有的研究表明，在一定的參數和工作條件下，永磁同步電機呈現出復雜的動態特性。一些特殊的動態行為的存在將嚴重影響永磁同步電動機運行的穩定性。主要表現為轉矩和速度的間歇振蕩、控制性能的不穩定性、系統的不規則電流噪聲、以及異常的機電振蕩，這將對電機造成極大的損害。然而，這種現象不能依靠傳統的線性控制方法來抑制或消除。由于目前研究領域已經從線性穩態系統擴展到時變系統和非線性系統，穩定性分析變得越來越復雜。如果繼續用線性分析理論研究這些問題，不僅精度差，而且還消除了本質特征。因此，非線性分析理論作為現代科學技術和工程學的基礎理論越來越重要。因此，有必要利用非線性動力學行為對永磁同步電動機的機理進行有益的探討。

永磁同步電機是利用永磁體勵磁產生同步旋轉磁場的同步電機，其性能受到永磁體的影響。此外，永磁體的選擇將影響永磁同步電機設計的成本。在實現電性能指標的前提下，科學合理地設計永磁體尺寸是非常重要的，以降低制造成本，提高利用率。永磁是永磁同步電機的關鍵。一些學者利用智能優化算法對永磁體進行了設計，提高了整體設計的質量，但同時也存在缺陷，確定具體的目標函數非常復雜。利用非線性研究永磁同步電機磁鏈優化很少。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于非線性動力學分析的永磁同步電機磁鏈優化方法，能夠在確保永磁同步電機的穩定性的基礎上選擇合適的磁鏈值。

本發明所采用的技術方案是，一種基于非線性動力學分析的永磁同步電機磁鏈優化方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，使用d-p坐標系用于分析，即定子與轉子同步旋轉，建立永磁同步電機的數學模型，如式(1)所示：

式(1)中，L_q為q軸定子電感；R為定子繞組電阻；i_q為q軸定子電流；n_p為極對數；L_d為d軸定子電感，且L_q＝L_d；ω為轉子角速度，單位為rad/s；i_d為d軸定子電流；ψ_f為永磁體磁鏈，單位為Wb； u_q為q軸定子電壓；u_d為d軸定子電壓；J為轉動慣量，單位為kg·m²； b為阻尼系數，單位為N·m·(rad/s)^-1；T_L為轉矩，單位為N·m；

步驟2，經步驟1后，采用仿射變換法將永磁同步電機的數學模型進行轉換，如式(6)所示：

式(6)中，

步驟3，對轉換后的永磁同步電機的數學模型進行仿真；