一种高精度的电机多物理场耦合仿真计算方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度的电机多物理场耦合仿真计算方法包括1.搭建基于Keras框架的深度学习模型，对已有铁磁损耗数据进行训练；并且采用乱序重复K折验证方法对模型进行评估；通过搭建两个深度学习模型对训练样本进行扩充，并且以扩充后的样本为另一深度学习模型的训练样本；2.将电磁损耗作为温度场计算的输入源；3.通过电磁

【技术实现步骤摘要】
一种高精度的电机多物理场耦合仿真计算方法


[0001]本专利技术涉及耦合场仿真分析
，尤其涉及一种高精度的电机多物理场耦合仿真计算方法。

技术介绍

[0002]电机通常由定子、转子、气隙等部分构成，由定子线圈产生三相对称的旋转磁势切割转子线圈从而实现电能与机械能的转换。在能量转换过程中，由于定转子铁芯与线圈材料的非理想性导致了电机运转过程中产生铁耗与铜耗，而电磁损耗将引起电机的温升，温度的升高将影响硅钢片的磁导率与线圈电阻率的变化；进一步导致电机损耗的变化；同时温度的变化又会改变电机材料的热膨胀系数，而电机各部分在运行过程中均保持固定，这将导致电机运行过程中承受一定的热应力；温升与热应力的出现将影响电机的正常运行状态，严重时将破坏电机的结构与造成运行事故。
[0003]针对上述电机在运行中所可能面临的状况，电机设计者在进行电机样机生产前往往通过各种仿真计算对电机进行模拟仿真。其中主要包括对电机的电磁性能、温升状况、机械结构等不同方面进行计算。
[0004]现有的仿真计算方法主要是通过电机的电磁建模，通过变分法求解不同位函数形式下的麦克斯韦方程组计算铁芯损耗与铜损耗，将计算的总损耗作为热分析的热源进行瞬态热计算。该方法并未有效的模拟电机实际运行时的状况：没有考虑实际情况中硅钢片的磁导率、铜导线的导电率与温度有关，而电机实际运转过程中，电机的铁耗与铜耗将导致电机的温度升高，同时电机温度的升高将导致材料性能的改变即电机损耗的改变，另一方面，传统的电磁计算中，电机损耗时采用Bertotti 铁耗分立计算模型，其中铁耗计算系数往往通过经验进行估算，这也导致了电磁损耗的计算不准确。
[0005]公开号CN103400010A中提出了一种基于多物理场耦合的永磁同步电机温升计算方法，该专利通过对电机进行有限元电磁建模，并且通过将电磁分析结果导入温度场中进行流固耦合分析，该方法较为详细的考虑了电机在散热方面的实际运行情况，通过流固耦合分析模拟电机的散热情况，但是该方法并没有考虑电机实时运行当中温度变化对电机不同材料的影响。利用此方法对电机进行散热分析存在着以下问题：（1）电磁分析中，铁耗模型建模不准确，铁耗系数计算误差较大；（2）未考虑电机运行过程中，硅钢片、铜导体材料的磁导率和电导率随温度变化而变化，进一步导致电机损耗计算不准确，电机温升分布计算误差较大。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在一定程度上解决上述存在的技术问题，提供一种高精度的电机多物理场耦合仿真计算方法。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种高精度的电机多物理场耦合仿真计算方法，包括如下步骤：
S1.将模型参数导入软件中得到测试参数，并得到电机的电磁仿真模型与损耗计算模型，通过深度学习算法对电磁铁耗计算参数进行精确计算，并对电机进行温度
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应力场的单项耦合仿真计算及电磁
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温度场的双向强耦合仿真计算；S2. 设置迭代次数与误差率，并对电机进行电磁
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温度场双向强耦合仿真计算；S3. 待S2中电机温度收敛后输出仿真结果，并在电磁
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温度场计算收敛后作为温度
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应力场的单项耦合仿真的输入源，对电机热应力分布图进行计算。
[0008]在某些优选实施例中，所述S1中电磁铁耗运算方程式为：。
[0009]其中为总铁耗，为磁滞铁耗，为涡流损耗，为剩余损耗，分别为磁滞损耗系数、涡流损耗系数、剩余损耗系数；为频率，为磁密强度。
[0010]在某些优选实施例中，所述S3步骤中仿真结果包括电机磁密分布图、电机损耗分布图及电机温升分布图。
[0011]在某些优选实施例中，所述电机运转为湍流，其雷诺数大于临界雷诺数。
[0012]在某些优选实施例中，所述电机热传导系数方程式为:其中为绝缘材料个数；为各绝缘材料使用体积；为各绝缘材料使用长度；为根据绝缘材料在导体和定子槽之间层次关系计算得到等效周长；为各绝缘材料导热系数。
[0013]在某些优选实施例中，所述电磁
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温度场的双向强耦合仿真计算方法包括如下步骤:S101.建立电磁场计算模型及建立温度场计算模型；S102.设置当前温度下电磁场计算模型材料电阻率、磁导率以及设置温度场计算模型材料的泊松比、杨氏模量系数；S103.对电磁场计算模型剖分网格、设置求解器参数以及对温度场计算模型设置传热方式、求解边界；S104.对S103步骤中电磁场计算模型进行求解，并得到电机电磁损耗分布图；S105.在S103步骤中以温度场计算模型计算电机的等效传热系数，并得到电机温度分布图；S106.在S104步骤中导入热源后将其导入到S105步骤中并计算是否满足迭代精度；S107.如果S106步骤中计算结果未满足迭代精度，更新当前温度下材料系数，并返回S102步骤中对电磁场计算模型重新计算；S108.如果S106步骤中计算结果满足迭代精度，输出计算结果；S109.将S108步骤中满足迭代精度的计算结果作为温度
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应力场的单项耦合仿真
计算的输入源。
[0014]在某些优选实施例中，所述温度
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应力场的单项耦合仿真方法包括如下步骤：S111 将温度场计算结果导入热应力分析模块，作为输入热源；S112 添加应力场约束条件，设置材料属性；S113 通过有限元方法对电机的热应力进行计算。
[0015]与现有技术相比具有的有益效果为：本专利技术首先通过对电磁损耗模型中铁耗计算系数进行精确计算，在建立精确的电磁损耗计算模型之后，通过有限元方法计算其较为准确的电机电磁损耗。相较于传统的计算方法，该方法可以准确的计算出电磁损耗，为后续的多物理场联合仿真提供准确的输入源；其次，充分考虑了温度场
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电磁场的相互影响，通过多次迭代计算完成电磁场
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温度场的强耦合计算，较为精确的模拟了电机实际运行时的状态。
[0016]同时本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践到。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0018]图1为本专利技术电磁
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温度场的双向强耦合仿真计算方法流程示意图；图2为本专利技术温度
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应力场的单项耦合仿真方法流程示意图；图3为本专利技术YE4超超高效率电机进行多物理场仿真电机温升分布图。
具体实施方式
[0019]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度的电机多物理场耦合仿真计算方法，其特征在于：包括如下步骤：S1. 将模型参数导入软件中得到测试参数，通过深度学习算法对电磁铁耗计算参数进行精确计算，并得到电机的电磁仿真模型与损耗计算模型，对电机进行温度
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应力场的单项耦合仿真计算及电磁
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温度场的双向强耦合仿真计算；S2. 设置迭代次数与误差率，并对电机进行电磁
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温度场双向强耦合仿真计算；S3. 待S2中电机温度收敛后输出仿真结果，并在电磁
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温度场计算收敛后作为温度
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应力场的单项耦合仿真的输入源，对电机热应力分布图进行计算。2.根据权利要求1所述的高精度的电机多物理场耦合仿真计算方法，其特征在于：所述S1中电磁铁耗运算方程式为：其中为总铁耗，为磁滞铁耗，为涡流损耗，为剩余损耗，分别为磁滞损耗系数、涡流损耗系数、剩余损耗系数；为频率，为磁密强度。3.根据权利要求1所述的高精度的电机多物理场耦合仿真计算方法，其特征在于：所述S3步骤中仿真结果包括电机磁密分布图、电机损耗分布图及电机温升分布图。4.根据权利要求1
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3任一项所述的高精度的电机多物理场耦合仿真计算方法，其特征在于：所述电机运转为湍流，其雷诺数大于临界雷诺数。5.根据权利要求1所述的高精度的电机多物理场耦合仿真计算方法，其特征在于：所述电机热传导系数方程式为:其中为绝缘材料个数；为各绝缘材料使用体积；为各绝缘材料使用长度；为根据绝缘材料在导体和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓，卜凡，崔鹤松，王辉，黄守道，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：