[發明專利]一種基于代理模型的感應電機外特性優化方法

在審

• 申請號: 202210688807.3
• 申請日: 2022-06-17
• 公開（公告）號: CN115374664A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 張金文;李聰波;李偉;張承輝;黃明利;李承遠
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/27;G06F111/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明從電機內部電磁耦合機理角度出發，對異步電機的外特性進行優化，根據等效電路分析了電機外特性(基速和最大輸出功率)的影響因素，選擇Bs₀、Hs₀、Hs₂、Bs₁及Bs₂為設計變量，同時考慮到電機外特性與設計變量之間復雜的機理關系，利用響應面法建立目標函數與設計變量之間的代理模型，實現機理關系的近似表達，最后利用ToP多目標優化算法對優化模型進行參數優化。

技術領域

本發明涉及異步電機外特性優化領域，具體涉及異步電機電磁- 結構耦合的分析及優化。

背景技術

異步交流電機因其結構簡單、可靠性高、成本低、弱磁易控制、加速性能、高速性能顯著等優勢在純電動汽車上得到了廣泛應用。汽車工況比較復雜，要求驅動電機具有良好的外特性，在車輛爬坡或起步時能輸出穩定的轉矩，超車或高速工況時能輸出高功率。因此，異步交流電機外特性的設計優化對提升電動汽車用異步電機綜合性能具有重要意義。

電機外特性曲線代表了電機的轉速與輸出轉矩、輸出功率的關系，三者不同的對應關系代表了不同的工況。曲線包含恒轉矩區和恒功率區，對于電動汽車用異步電機，要求這兩個區包絡更多的工況以適應不同的路況需求。因此，需要增大電機恒轉矩區和恒功率區，以改善電機外特性。通常，增大驅動電機的調速范圍和最大輸出功率是增大恒轉矩區和恒功率區的主要途徑。國內外學者針對該問題已做了部分研究。例如探究了感應電機弱磁控制機理，通過電壓電流極限控制策略，實現了電壓的拓展和轉矩的提升。此外，異步電機外特性優化還包括控制輸出電壓和調節氣隙磁場等控制方法。目前，對感應電機外特性研究主要在控制策略方面，從分析電機內部電磁耦合機理角度出發并優化電機外特性的研究較少。

發明內容

本發明研究基于電磁-結構耦合的異步電機外特性分析及優化，以優化定子槽口寬度Bs₀、轉子槽口高Hs₀、轉子槽深Hs₂、轉子上槽寬Bs₁及下槽寬Bs₂從而提高異步電機的外特性。

為實現本發明的目的，采用的技術方案如下：

步驟1：根據等效電路分析了電機外特性的影響因素，包括基速和最大輸出功率，選擇電機結構參數為設計變量，然后采用響應面法建立目標的代理模型，利用有限元分析方法獲得初始樣本對應的電機基速和最大輸出功率的參數值；

步驟2：以基速最大和最大輸出功率最大為目標，建立外特性優化模型，并采用多目標優化算法ToP進行參數優化；

優選地，步驟1中所述依據異步電機等效電路分析了電機外特性，確定設計變量，然后建立代理模型，其具體流程為：

(1)電機外特性是衡量電機驅動能力的重要指標，反映了電機輸出功率與輸出轉矩、轉速之間的對應關系：

根據驅動電機負載運行時的電壓方程可得到定、轉子側等效電路。為了便于計算，將轉子側電路折合到定子同側，折算前后電機內部的電磁狀態保持不變，即損耗、功率均不變。由此得到異步電機的T型等效電路如圖1所示。在圖1中，I_s和I_s^r分別是流過定子繞組、轉子導條的電流，R_s是定子電阻，L_sσ是定子漏感，R^s_r是折算到定子側的等效轉子電阻，L_rσ^s是折算到定子側的等效轉子漏感，s是轉差率。

三相異步電機的電磁轉矩解析式表示為：

式中，p_n是極對數，U_s是定子相電壓，w是供電角頻率。轉差率s表示為：