[發明專利]一種開關磁阻電機鐵芯損耗計算模型建立方法

有效

• 申請號: 202010540738.2
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111967170B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 陳昊;劉學堃;劉永強;鞏士磊;張珂;于豐源;閆文舉;王星
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;榮成市榮佳動力有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10
• 代理公司: 暫無信息
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本發明公開了一種開關磁阻電機鐵芯損耗計算模型建立方法，屬于開關磁阻電機鐵芯損耗計算及建模領域。本發明先利用有限元法對開關磁阻電機的各個部分磁通波形進行求解，然后對傳統的鐵芯損耗計算模型進行改進，提出了一種基于傅里葉擬合的變系數鐵損耗計算模型，再考慮到集膚效應對渦流損耗的影響，得到擬合的鐵芯損耗曲線和實驗測得的鐵芯損耗曲線誤差率都小于10％；再對電機各個部分的磁密波形進行傅里葉分解，利用得到的基波與各次諧波的幅值和頻率求解出開關磁阻電機的鐵芯損耗。該方法適用于任何頻率和磁通密度下運轉的開關磁阻電機，適用性強，準確性高。

技術領域

本發明公開了一種開關磁阻電機鐵芯損耗計算模型建立方法，屬于開關磁阻電機鐵芯損耗計算與建模的技術領域。

背景技術

開關磁阻電機相較于傳統的交、直流電機有著以下不同：定轉子都是簡單的凸極結構，都是由硅鋼片疊壓而成的，沒有永磁體；繞組集中分布在定子上，使得電機整體的結構比較簡單。但是正是由于開關磁阻電機雙凸極的結構和局部飽和的特性使得開關磁阻電機鐵芯損耗的求解方法不能按照常規的同步電機或異步電機的鐵芯損耗的計算方法來計算。弄清開關磁阻電機鐵芯損耗的機理既可以在電機設計階段優化電機的電磁設計，布置更為合理的冷卻系統，還可以在建立控制模型的時候考慮鐵芯損耗，從而使得控制模型更為準確。目前對于開關磁阻電機鐵芯損耗求解模型只要有兩種，第一種是常系數的Steinmetz模型，該模型把鐵芯損耗分為磁滯損耗和渦流損耗兩部分，通過對硅鋼片鐵損耗的數據對系數進行擬合對鐵芯損耗進行求解；第二種是常系數的Bertotti模型，該模型把鐵芯損耗分為磁滯損耗、渦流損耗和雜散損耗三部分，通過對硅鋼片鐵損耗的數據對系數進行擬合對鐵芯損耗進行求解。這兩種模型都是在固定的頻率下求解的系數，并且都是常數，在其他的頻率下會有較大誤差。

發明內容

本發明針對傳統的常系數的Steinmetz模型和Bertotti模型的缺點，提出一種變系數的Bertotti方法，通用性好，適用于任何頻率f和磁通密度B下。解決了傳統模型的非普適性。

一種開關磁阻電機鐵芯損耗計算模型建立方法是對磁滯損耗系數k_h、渦流損耗系數k_e、Steinmetz因子α和雜散損耗系數k_ex在不同頻率f和不同磁通密度B下鐵損耗的實驗數據進行回歸分析，得到這四個系數關于不同磁通密度B的數學關系，然后對這四個系數關于磁通密度B進行擬合。本方法采用的擬合方法是傅里葉擬合，相比于常用的多項式擬合方法在誤差上更小。由于當硅鋼片中磁通密度變化頻率較低時，集膚效應作用不太明顯，一旦頻率升高，集膚效應會導致硅鋼片的渦流分布不均勻，對渦流損耗的計算會產生影響，因此渦流損耗系數需要和集膚效應系數相乘以減小誤差。然后利用有限元法得到開關磁阻電機各個部分的磁通波形，對磁通波形進行傅里葉分解，將非正弦的磁通波形轉化為基波和多次諧波，分別對基波和多次諧波進行鐵芯損耗的求解，累加之后便得到開關磁阻電機的鐵芯損耗。

變系數的Bertotti模型表達式為：

式中，P_h為磁滯損耗，P_e為渦流損耗，P_ex為雜散損耗。

當硅鋼片中磁通密度變化頻率較低時，集膚效應作用不太明顯，一旦頻率升高，集膚效應會導致硅鋼片的渦流分布不均勻，對渦流損耗的計算會產生影響，因此渦流損耗系數需要和集膚效應系數k_skin(f)相乘以減小誤差，渦流損耗表達式為：

P_e＝k_skin(f)k_e(B)B²f²?(2)

集膚效應系數表達式為：

式中，μ是硅鋼片的平均磁導率；d是硅鋼片的疊片厚度。