[发明专利]一种考虑铁耗的开关磁阻电机动态电路建模方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种考虑铁耗的开关磁阻电机动态电路建模方法，尤其适用于各相开关磁阻电机。

背景技术：

准确的仿真计算稳态、动态运行性能对开关磁阻电机驱动系统的设计、分析及控制都是至关重要的。目前仿真、分析电机动态性能的方法主要是以下三种：第一种方法也是最准确的方法是采用瞬态有限元与驱动电路相耦合的方法；第二种方法首先采用静态有限元的方法计算电机的磁链和转矩与相电流和转子位置的关系，并将其存放在查找表中，最后搭建电机的动态仿真模型，但是上述的方法都是采用有限元分析的方法，需要的计算资源比较大，增加了电机的设计周期，在电机设计初期阶段，通常需要采用一种等效磁路的分析方法，等效磁路法的优点是具有快速解决问题的能力，这可以允许设计者测试数百种结构和尺寸，从而迅速缩小设计空间,缩短电机设计周期。

铁损耗作为电机在运行过程中损耗的主要部分，影响着电机的效率、温升及其他动态性能，研究电机的铁损耗对提高电机的运行效率、降低电机运行过程中的温升具有重要的意义。通常在设计、仿真、分析开关磁阻电机驱动系统的动态性能是不包含损耗的，多是在忽略损耗对电机动态性能的影响基础上，采用有限元计算得到的磁链特性和转矩特性，然后在MATLAB/Simulink中建立开关磁阻电机驱动系统的动态仿真模型，对于低速小负载的开关磁阻电机而言，这种忽略对电机动态性能的影响较小，但是随着电机转速的升高及电机负载的增大，铁耗所占的比重越大，这也就对开关磁阻电机的动态性能产生了较大的影响。对于高速开关磁阻电机，精确的动态仿真模型能够为开关磁阻电机的无位置、直接转矩和电流预测等控制提供必要的帮助，因此寻找一种需要计算资源少、精度较高和快速性较好的非线性动态模型是亟待解决的问题。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种考虑铁耗的开关磁阻电机动态电路建模方法，提高了开关磁阻电机的建模精度，使得仿真更加精确。

本发明所采用的技术方案有：一种考虑铁耗的开关磁阻电机动态电路建模方法，步骤如下：

首先建立开关磁阻电机的等效磁路模型，根据电机的电磁场分布，将其等效为定子极局部饱和部分磁阻R_st、定子极根部磁阻R_sp、气隙磁阻R_g、定子轭部磁阻R_sy、转子极局部饱和部分磁阻R_rt、转子极根部磁阻R_rp、转子轭部磁阻R_ry和等效磁动势F，其中两个定子轭部磁阻R_sy并联，两个转子轭部磁阻R_ry并联，并与定子极根部磁阻R_sp、气隙磁阻R_g、转子极局部饱和部分磁阻R_rt、转子极根部磁阻R_rp和等效磁动势F串联；

然后根据所建立的等效磁路模型，计算磁路模型中各部分磁阻，采用高斯-赛德尔迭代方法求解所建立的等效磁路模型，根据等效磁路和等效电路的转换原则，将等效磁路模型转换为等效电路模型，在转换成电路时，将每一磁阻部分等效为包含能量存储和损耗的等效电路元件，即能量存储采用电感的方式、铁耗中的涡流损和磁滞损耗耗采用等效电阻的方式，涡流损和磁滞损耗耗等效电阻并联在电感的两端，气隙磁阻等效为只含有能量存储的等效电感元件。

进一步地，等效磁路和等效电路的转换原则为等效磁路中一个网孔的基尔霍夫电压定律等效于电路中一个节点的基尔霍夫电流定律；等效磁路中一个节点的基尔霍夫电流定律等效于电路中一个网孔的基尔霍夫电压定律。

进一步地，等效磁路中的每一个铁心磁阻部分都等效为电路中电感与电阻元件的并联。

进一步地，等效磁路中的气隙磁阻部分都等效为电感元件。