[發明專利]電機定子繞組損耗的快速計算方法、裝置和系統

有效

• 申請號: 202011244201.8
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112347676B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 李宇;馮垚徑;黃守道;馬伯;饒志蒙
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/11;H02K15/00
• 代理公司: 長沙啟昊知識產權代理事務所(普通合伙) 43266
• 代理人: 謝珍貴

本申請屬于電機技術領域，具體涉及一種電機定子繞組損耗的快速計算方法、裝置和系統。其中的方法包括：建立電機的實體模型，將求解域劃分為線性材料構成的第一求解域和非線性材料構成的第二求解域并進行有限元網格劃分；構建所述第一求解域和所述第二求解域的磁場控制方程；根據基爾霍夫第二定律和電磁感應定律確定電路控制方程；確定線性材料區域與非線性材料區域的磁場切向分量，作為拉格朗日乘數引入所述磁場控制方程和所述電路控制方程中，建立場路耦合時步有限元模型；對所述場路耦合時步有限元模型通過牛頓?拉夫遜法迭代求解，得到定子繞組的渦流損耗和環流損耗。本申請中的方法運行速度更快，大大節省時間，并且對硬件配置需求較低。

技術領域

本申請屬于電機技術領域，具體涉及一種電機定子繞組損耗的快速計算方法、裝置和系統。

背景技術

電機設計的有限元算法步驟包括：創建電機幾何模型、建立數學方程、網格劃分、施加邊界條件和加載數據、算法求解和后處理。目前電機設計計算的有限元算法中，一般都是把定子繞組的渦流損耗忽略不計且槽內電流均勻化處理，當幾何模型簡單時尚可如此，當幾何模型越來越復雜時，由于槽內漏磁造成定子繞組的趨膚效應和臨近效應越發嚴重，定子繞組的電流不再均勻，因此環流損耗和渦流損耗問題日益突出，其占附加損耗的比例越來越大，此時，電機設計中需要考慮繞組的損耗。

目前計算定子繞組的環流和渦流損耗的算法，是在包含空氣、定子股線、鐵芯和鐵磁材料的整個求解域內建模仿真，因此計算時需要耗費大量的時間，且需要昂貴的硬件配置。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于現有技術的上述缺點、不足，本申請提供一種電機定子繞組損耗的快速計算方法、裝置和系統。

(二)技術方案

為達到上述目的，本申請采用如下技術方案：

第一方面，本申請實施例提供一種電機定子繞組損耗的快速計算方法，該方法包括：

S10、建立電機的實體模型；

S20、將電機定子繞組損耗的求解域劃分為第一求解域和第二求解域；基于所述實體模型，對所述第一求解域和所述第二求解域進行有限元網格劃分，所述第一求解域為定子槽內的線性材料區域，所述第二求解域為定子槽外的非線性材料區域；

S30、確定所述第一求解域的第一電磁場方程和所述第二求解域的第二電磁場方程，將所述第一電磁場方程和所述第二電磁場方程作為磁場控制方程；

S40、根據基爾霍夫第二定律得到供應電源激勵下的定子繞組電壓方程，根據電磁感應定律得到定子繞組中每根股線的股線電壓方程，將所述定子繞組電壓方程和所述股線電壓方程作為電路控制方程；

S50、確定線性材料區域與非線性材料區域的磁場切向分量，作為拉格朗日乘數引入所述磁場控制方程和所述電路控制方程中，建立場路耦合時步有限元模型；其中，所述磁場切向分量根據所述第一求解域和所述第二求解域的狄利克雷邊界條件確定；

S60、對所述場路耦合時步有限元模型通過牛頓-拉夫遜法迭代求解，得到定子繞組的渦流損耗和環流損耗。

可選地，所述第一求解域包括定子股線和定子槽內股線間的空氣。

可選地，進行有限元網格劃分，包括：

S21、通過網格劃分對實體模型的求解域進行粗網格劃分；

S22、剔除所述第一求解域內的粗網格；

S23、對所述第一求解域進行定子股線排布和精網格劃分。

可選地，所述磁場切向分量的確定方法包括：