[发明专利]一种提高铁氧体辅助式同步磁阻电机功率因数的优化方法

说明书

本发明涉及一种提高铁氧体辅助式同步磁阻电机功率因数的优化方法，该方法在已设计好的同步磁阻电机的转子磁障结构的基础上，添加铁氧体，通过分析铁氧体辅助式同步磁阻电机等效磁回路，找到功率因数与d轴和q轴磁阻的关系表达式，进而利用遗传算法和Taguchi法优化铁氧体结构，找到更高功率因数和更小铁氧体体积结构参数，同时考虑到裂比系数对功率因数的影响。该方法与有限元法相比，可大大减少所占用的计算机内存资源，同时降低了数学运算的难度，既能显著改善Fa‑SynRM的功率因数，又能实现对Fa‑SynRM的结构参数进行优化。

技术领域

本发明涉及一种提高铁氧体辅助式同步磁阻电机功率因数的优化方法。

背景技术

近年来，随着原材料价格的上涨，以及产品成本压力的增加，人们在关注电机性能的同时，也考虑电机的成本问题。同步磁阻电机(Synchronous Reluctance Machine，以下简称SynRM)以其生产制造成本低、恒功率运行范围宽、过载能力强，以及可靠性高等特点而备受关注。然而，SynRM功率因数较低，需要外接更大的逆变器，额外增加了成本。为提高SynRM的功率因数，一些学者在电机转子的隔磁槽中插入少量永磁体。相比于传统永磁电机，其永磁体的用量相对较少，因此这种电机被称为永磁体辅助式同步磁阻电机(Permanent Magnet-assisted Synchronous Reluctance Machine，以下简称PMaSynRM)。两者相比，PMaSynRM平均转矩、效率和功率因数都有所提高。因此，永磁体辅助式同步磁阻电机，特别是使用价格更为低廉的铁氧体材料的铁氧体辅助式同步磁阻电机(Ferrite-assisted Synchronous Reluctance Machine，以下简称Fa-SynRM)，是一种低成本、高性能的电机。所以，如何设计铁氧体结构使Fa-SynRM功率因数大，成为近几年研究的难点和热点问题。

由于铁氧体辅助式同步磁阻电机转子结构与同步磁阻电机类似，因此在设计时，通常先优化设计同步磁阻电机，再在转子的某些隔磁槽中放入铁氧体。文献[WenliangZhao,Dezhi Chen,Thomas A.Lipo,Byung-Il Kwon.Performance Improvement ofFerrite-Assisted Synchronous Reluctance Machines Using Asymmetrical RotorConfigurations[J].IEEE Transactions on Magnetics,2015,51(11):8108504.]采用新型非对称转子结构，改善了铁氧体辅助式同步磁阻电机的转矩、效率和功率因数，并且在JMAG-Designer的辅助下，基于二维有限元法，采用冻结渗透法将磁阻转矩和电磁转矩分离开来，通过使电磁转矩和磁阻转矩在同一个电流相角下达到最大值，进而很大程度的提升功率因数和效率，但是，这个方法加大了设计者的工作量和生产成本，也增加了电机的转矩脉动。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供提高铁氧体辅助式同步磁阻电机功率因数的优化方法。在已设计好的同步磁阻电机的转子磁障结构的基础上，添加铁氧体，通过分析铁氧体辅助式同步磁阻电机等效磁回路，找到功率因数与d轴和q轴磁阻的关系表达式，进而利用遗传算法和Taguchi法优化铁氧体结构，找到更高功率因数和更小铁氧体体积结构参数，同时考虑到裂比系数对功率因数的影响。该方法与有限元法相比，可大大减少所占用的计算机内存资源，同时降低了数学运算的难度，既能显著改善Fa-SynRM的功率因数，又能实现对Fa-SynRM的结构参数进行优化。

本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：提供一种提高铁氧体辅助式同步磁阻电机功率因数的优化方法，该方法的具体步骤是：

第一步：确定同步磁阻电机SynRM的结构参数：