[发明专利]基于时空对称性的感应电机转子电磁量的快速分离方法

说明书

本发明属于交流电机损耗计算及分析技术领域，特别涉及基于时空对称性的感应电机转子电磁量的快速分离方法，本发明结合感应电机转子结构及电磁量的时空对称特性，揭示了转子铁芯齿部不同位置的磁通密度在时间和空间上依次沿着旋转方向滞后一定的相位角的特点；基于转子结构的空间对称特性，在空间设置采样点获取电磁量的空间分布波形并求解得出低频分量幅值，利用最小二乘法拟合得出转子基频分量表达式；将基频分量从原始波形中分离，实现各次谐波的快速分析。本发明仅需计算一个工频周期电磁量数据，从而在保证计算精度的前提下，缩短了数据处理时间。

技术领域

本发明属于交流电机损耗计算及分析技术领域，特别涉及基于时空对称性的感应电机转子电磁量的快速分离方法。

背景技术

在超高效电机研制过程中，降低铁耗是提高电机效率的一个重要途径，这就要求在设计阶段预先较精确地计算铁耗和铜耗具体分布情况。因此，针对异步电机损耗的局部分布情况进行研究是十分必要。

传统铁耗计算方法存在着经验系数过多和无法精确计算局部铁耗等弊端，难以满足对电机内部铁耗的精细化分析，基于有限元法的损耗计算能够方便解决上述问题，其可计及电机微观结构、饱和以及谐波等影响因素，在研究电机内部损耗分布方面，得到了越来越广泛的应用。

然而，有限元法也存在相应的缺点，精密的剖分网格和精细的时间步长大大增加了计算机的计算时间和存储空间，在日常的损耗研究和计算中，大量的时间消耗和存储空间的需求使得工作十分棘手。因此，在保证有效精度前提下，如何大幅缩减有限元法的计算时间和存储空间是电机损耗精细化分析领域里亟待解决的问题。

已有文献分析了空载条件下的铁耗，在空载情况下，转子转速接近同步速，转差频率非常小，在对一个工频周期数据直接进行傅里叶分解求解磁密各次谐波幅值时所造成的误差可忽略不计，所以仅计算一个工频周期的数据便可准确获得空载条件下的转子磁密，同时，在空载状态转子铜耗也可以通过直接分解转子导条电流密度求解得出。但是，当转子负载运行时，由于转差频率的存在，直接利用傅里叶分解得到的幅值数据将造成很大的误差，而要精确计算转子侧电磁量，必须要计算一个转差频率下的完整周期，往往是一个工频周期的30-40倍，这增加了有限元法的计算量，需要消耗大量的计算时间，更严重的是，在计算过程中需要消耗大量计算资源，这种情况在计算变频电机时尤为突出。因此，有必要探索一种方法，能够实现快速分析转子侧电磁量，这对于电机转子侧损耗的精细分析具有重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了基于时空对称性的感应电机转子电磁量的快速分离方法，所述方法包括3个步骤：

步骤1：结合感应电机转子侧的时空对称特性，对转子齿部不同位置的磁通密度在时间和空间上的对称特点进行分析，求解出不同位置磁密相位依次沿着旋转方向滞后的角度；

步骤2：采用一对极下的磁密数据构建一个完整周期的空间波形，利用傅里叶变换求解基波幅值得出空间磁密基波幅值，结合最小二乘法求解得出基频分量的相位，计算基频分量；

步骤3：将步骤2所得的基频分量从原始波形中减去，获得高频谐波分量，利用一个工频周期的磁密求出转子侧负载运行时的铁耗，实现各次谐波的快速分析。

所述步骤1中，在一对极下，转子齿部空间对称单元处的磁密波形是一致的，磁密波形B(θ_R,t)和对称单元依次滞后的角度Δθ_R为：

其中，B(θ_R,t)为转子磁密；θ_R为选择转子侧为参考系下的机械角度；t为时间；为磁动势幅值；s为转差率；P为磁导；p为极对数；为相角；ω₁为工频角频率；N_S为定子槽数；n为磁动势谐波次数，n＝2k-1，k为不小于1的正整数；q为磁导谐波次数，q为自然数。