[发明专利]一种实心转子感应电机转子谐波涡流损耗的计算方法

权利要求书

1.一种实心转子感应电机转子谐波涡流损耗的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)建立基于材料非线性和负载工况的实心转子感应电机二维有限元模型，包括定子侧模型和实心转子侧模型两个部分；

(2)对步骤(1)中基于材料非线性和负载工况的实心转子感应电机二维有限元模型进行时步有限元仿真，待基于材料非线性和负载工况的实心转子感应电机二维有限元模型计算达到稳定状态后，提取基于材料非线性和负载工况的实心转子感应电机二维有限元模型达到稳态后的最后一个电周期内的定转子气隙中心的气隙磁密时空分布B(θ,t)，θ为转子位置角，t为时间；

(3)提取步骤(1)中基于材料非线性和负载工况的实心转子感应电机二维有限元模型最后时刻实心转子区域内各个节点的相对磁导率分布μ_r(x,y)，式中：x和y为直角坐标系下的横纵坐标；

(4)提取步骤(2)中气隙磁密B(θ,t)的谐波特性，包括：谐波阶次ν，ν次谐波幅值B_ν，ν次谐波频率f_ν；

(5)将步骤(1)基于材料非线性和负载工况的实心转子感应电机二维有限元模型，仅保留实心转子侧模型从而构成单独转子模型，并将步骤(3)中提取的相对磁导率分布μ_r(x,y)赋予到所保留的实心转子区域内的各个节点，从而保留步骤(3)中实心转子区域内各个节点的材料特性；

(6)在步骤(5)中单独转子模型的气隙外缘建立恒定磁场边界条件，实现反向构建步骤(4)中的气隙磁密谐波特性，用以激励实心转子，构成谐波激励的实心转子模型，该恒定磁场边界在x和y为直角坐标系下的参数方程表述为：

式中：ω_ν为ν次谐波所对应的电角频率，ω_ν＝2πf_ν；

(7)依据步骤(6)中所建立的谐波激励的实心转子模型，采用气隙磁密ν次谐波激励，仿真计算待谐波激励的实心转子模型达到稳定状态，获取最后一个电周期实心转子涡流损耗的平均值P_ν，即为气隙磁密ν次谐波所引起的实心转子感应电机转子谐波涡流损耗。

2.根据权利要求1所述一种实心转子感应电机转子谐波涡流损耗的计算方法，其特征在于：步骤(1)中，所述材料非线性由磁感应强度-磁场强度曲线，即B-H曲线确定，保证计及非线性材料对电机电磁性能的影响。

3.根据权利要求1所述一种实心转子感应电机转子谐波涡流损耗的计算方法，其特征在于：所述步骤(2)中，基于材料非线性和负载工况的实心转子感应电机二维有限元模型采用瞬态场求解器进行求解计算，仿真步长可根据具体的工程实际需求选取，保证计算精度并充分计及气隙磁场谐波的影响。

4.根据权利要求1所述一种实心转子感应电机转子谐波涡流损耗的计算方法，其特征在于：所述步骤(2)中，稳定状态的判据为仿真最后一个电周期三相电流基波幅值相差不超过0.5％，减少由三相不平衡电流引起的计算误差，为稳态提供判据，使得稳态的定义更为精确。

5.根据权利要求1所述一种实心转子感应电机转子谐波涡流损耗的计算方法，其特征在于：所述步骤(3)中，采用冻结磁导率法提取实心转子区域内各个节点的相对磁导率分布μ_r(x,y)，降低后续单独转子模型计算过程中模型材料特性的非线性迭代次数。

6.根据权利要求1所述一种实心转子感应电机转子谐波涡流损耗的计算方法，其特征在于：所述步骤(4)中，采用二维傅里叶分解提取气隙磁密B(θ,t)的谐波特性，提高谐波分离的精度减少由采用传统时间或者空间一维傅里叶分解所引起的混叠效应。

7.根据权利要求1所述一种实心转子感应电机转子谐波涡流损耗的计算方法，其特征在于：所述步骤(6)中，单独转子模型的气隙外缘半径为转子半径加1/2定转子之间气隙长度，提高后续所需提取的气隙磁密波形的精度。

8.根据权利要求1所述一种实心转子感应电机转子谐波涡流损耗的计算方法，其特征在于：所述步骤(7)中，稳定状态为模型仿真运行2至5个电周期达到，保证能够充分达到稳态同时降低计算耗时。