一種基於有限元分析的變參數永磁同步電動機建模方法

2023-04-23 07:49:11

一種基於有限元分析的變參數永磁同步電動機建模方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於有限元分析的變參數永磁同步電動機建模方法，包括以下步驟：建立永磁同步電動機的三維有限元電磁場仿真模型，並對其進行瞬態場路耦合分析，以獲得大量特徵參數；創建改進的永磁同步電動機電壓方程與轉矩方程；根據改進的永磁同步電動機數學模型，搭建永磁同步電動機的仿真模型；將所獲各特徵參數通入仿真模型的相應埠，完成基於限元分析的變參數永磁同步電動機動態仿真模型的搭建。本發明的永磁同步電動機模型可以綜合考慮磁場飽和效應、d-q軸交叉耦合效應、渦流與磁滯等效應，兼顧實時性的同時提高了現有永磁同步電動機模型的準確度，特別適用於永磁同步電機斷電-重投、三相突然短路等動態過程的研究。
【專利說明】 —種基於有限元分析的變參數永磁同步電動機建模方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電動機的建模方法，具體涉及一種基於有限元分析的變參數永磁同步電動機建模方法。
【背景技術】
[0002]永磁同步電動機因其體積小、性能好、結構簡單、可靠性高、輸出轉矩大等特點，受到了廣泛關注，尤其在機器人、航天航空、精密電子儀器設備等對電動機性能、控制精度要求較高的應用場合與領域。高鐵機車、電動汽車及大尺寸螺旋槳等大慣量負載的驅動電機也逐步從感應電動機發展到永磁同步電動機。而永磁同步電機斷電-重投、三相突然短路等動態過程時間短、模型及參數變化大，要實現動態過程的有效控制，需要建立便於進行電磁場分析的快速、精確的動態模型以提供分析的基礎。
[0003]目前常用的電機建模方法有兩種:磁路分析模型和場分析模型(即有限元計算模型)。傳統的基於雙反應理論的d_q軸磁路分析模型，具有計算簡便、仿真速度快的特點，但其只考慮電機電感和氣隙磁鏈的基波分量而沒有考慮諧波影響，忽略了磁場飽和效應、d-q軸間交叉耦合作用、渦流損耗與磁滯損耗的影響，難以滿足動態過程分析的需要。而磁場分析模型完全採用有限元分析的方法來進行電磁場計算，雖然網格的精確剖分能夠獲得高精度的電磁場模型，但是計算量大、耗時長，無法用於電機的實時控制，且電機內部參量間電磁關係體現不夠明確，不利於研究與分析。

【發明內容】

[0004]要解決的技術問題
[0005]為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基於有限元分析的變參數永磁同步電動機建模方法，能夠綜合考慮磁場飽和效應、d-q軸交叉耦合效應、渦流與磁滯效應以提高現有永磁同步電動機模型的準確度，且能方便的體現永磁同步電動機電感、電阻、磁鏈、轉動慣量等參數的變化。
[0006]技術方案
[0007]一種基於有限元分析的變參數永磁同步電動機建模方法，其特徵在於步驟如下:
[0008]步驟1:根據所設計的永磁同步電動機的結構參數，建立永磁同步電動機的三維有限元電磁場仿真模型；
[0009]步驟2:採用有限元瞬態場路耦合分析方法對仿真模型進行瞬態場路耦合分析，得到不同交、直軸電流下永磁同步電動機的直軸同步電感值Ldd、交軸同步電感值Lm、交軸在直軸中的互感值Ldq與直軸在交軸中的互感值Lqd，不同溫度下永磁同步電動機的相電阻值R和永磁體磁鏈值Vf ；
[0010]步驟3:然後計算等效電機一個電周期內渦流與磁滯損耗之和的交軸虛擬阻尼繞組電感值Lqq、電阻值Rq與直軸虛擬阻尼繞組電感值Ldd、電阻值Rd:
【權利要求】
1.一種基於有限元分析的變參數永磁同步電動機建模方法，其特徵在於步驟如下:步驟1:根據所設計的永磁同步電動機的結構參數，建立永磁同步電動機的三維有限元電磁場仿真模型； 步驟2:採用有限元瞬態場路耦合分析方法對仿真模型進行瞬態場路耦合分析，得到不同交、直軸電流下永磁同步電動機的直軸同步電感值Ldd、交軸同步電感值Ltw、交軸在直軸中的互感值Ldq與直軸在交軸中的互感值Lqd，不同溫度下永磁同步電動機的相電阻值R和永磁體磁鏈值Vf; 步驟3:然後計算等效電機一個電周期內渦流與磁滯損耗之和的交軸虛擬阻尼繞組電感值Lqq、電阻值Rq與直軸虛擬阻尼繞組電感值Ldd、電阻值Rd:
2.根據權利要求1所述基於有限元分析的變參數永磁同步電動機建模方法，其特徵在於:所述Ldn為直軸同步電感Ldd平均值的1%。
3.根據權利要求1所述基於有`限元分析的變參數永磁同步電動機建模方法，其特徵在於:所述Lqe為交軸同步電感Ltw平均值的1%。
【文檔編號】G06F17/50GK103853891SQ201410106281
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】駱光照, 張莎, 劉衛國, 竇滿峰 申請人:西北工業大學