PWM逆变器供电下磁场调制永磁电机铁耗计算方法技术

本发明专利技术公开了一种PWM逆变器供电下磁场调制永磁电机铁耗计算方法，计算磁通切换永磁电机调制后的空载气隙磁通磁密分布B

【技术实现步骤摘要】
PWM逆变器供电下磁场调制永磁电机铁耗计算方法


[0001]本专利技术涉及一种PWM逆变器供电下磁场调制永磁电机铁耗计算方法，属于电机设计分析


技术介绍

[0002]随着电力电子技术的飞速发展，脉冲调制(PWM)逆变器在磁场调制永磁电机变频调速系统中得到了广泛的应用，使得磁场调制永磁电机具有更大的调速范围。对于采用PWM逆变器供电的磁场调制永磁电机，绕组电流中存在许多高次时间谐波，会增加铁芯中的铁损耗、永磁涡流损耗和绕组中的焦耳损耗。准确计算铁损是准确预测电机效率和温度的前提，为实现电机的设计和控制奠定了基础。因此，对电机采用PWM逆变电源供电时的铁损预测进行了大量的研究。
[0003]目前，PWM逆变器供电下磁场调制永磁电机铁耗计算方法通常有三种：第一种，直接将测量得到的PWM逆变器供电下磁场调制永磁电机输入电流代入二维有限元计算模型中，然后根据有限元计算得到的定转子铁芯内的磁密计算铁耗，但是这种方法不适用于电机设计阶段；第二种方法为将PWM逆变器与电机模型联合仿真，这种方法虽可在电机设计阶段进行，但是这种方法计算时间长；第三种方法为采用频域有限元计算PWM逆变器下磁场调制永磁电机铁耗，但是这种方法不能清晰地考虑气隙磁密中各次空间谐波对铁耗的影响。
[0004]因此，有必要研究如何更准确的计算PWM逆变器供电下对磁场调制永磁电机铁损的方法。

技术实现思路

[0005]目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供PWM逆变器供电下磁场调制永磁电机铁耗计算方法，基于气隙场调制理论的铁损耗模型比有限元法具有更清晰的物理概念，能够准确反映各种空间谐波对铁损耗的贡献。
[0006]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种PWM逆变器供电下磁场调制永磁电机铁耗计算方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：计算磁通切换永磁电机调制后的空载气隙磁通磁密分布B
pm_s
(θ)。
[0009]步骤2：计算磁通切换永磁电机PWM逆变器供电下仅由电枢绕组产生的气隙磁通密度分布，所述仅由电枢绕组产生的气隙磁通密度分布包括：当κ＝3j
‑
1的仅由电枢绕组产生的气隙磁通密度分布B
ABC
(θ,t)，当κ＝3j
‑
2的仅由电枢绕组产生的气隙磁通密度分布B(θ,t)，κ为电流谐波次数，j为正整数。
[0010]步骤3：分别将B
ABC
(θ,t)与B
pm_s
(θ)，B(θ,t)与B
pm_s
(θ)求和得到PWM电压源供电下磁通切换永磁电机气隙磁密分布B
m
。
[0011]步骤4：根据PWM电压源供电下磁通切换永磁电机气隙磁密分布B
m
各次空间谐波对应的等效电流层内的电流密度，计算磁场调制永磁电机定子铁耗，转子铁耗。
[0012]作为优选方案，还包括：根据PWM电压源供电下磁通切换永磁电机气隙磁密分布
B
m
，计算定转子铁芯内损耗。
[0013]作为优选方案，所述B
pm_s
(θ)计算公式如下：
[0014][0015][0016]C
pm_r
＝C
pmv
m
r0
[0017][0018][0019]其中，M
r
(N
rt
,ε
r
)为转子凸极磁阻调制器，M
s
(N
st
,ε
s
)为定子凸极磁阻调制器，C
pm_r
，和为磁场转换系数，B
pm
(θ)为空载气隙磁通密度分布，(θ)为空载气隙磁通密度分布，N
rt
为转子铁芯的槽数，β
r
为经验系数，o
r
为转子开槽宽度，t
r
为转子凸极磁阻宽度，w
r
为转子凸极磁阻旋转角速度，p
f
为永磁体极对数，θ为沿气隙圆周机械角，k为正整数，l为大于等于1的整数，w
r
为转子凸极磁阻旋转角速度。
[0020]作为优选方案，B
pm
(θ)计算公式如下：
[0021][0022][0023]其中，μ0是真空的磁导率，g为气隙长度，B
pm
(θ)为空载气隙磁通密度分布,F
PM0
为为磁通切换永磁电机空载时永磁体的工作点，π为圆周率，α为永磁体的一半的宽度，N
st
为定子铁芯的槽数。
[0024]作为优选方案，M
s
(N
st
,ε
s
)计算公式如下：
[0025][0026][0027][0028]其中，i为大于等于1的整数，N
st
为定子铁芯的槽数，θ为沿气隙圆周机械角，β
s
为经验系数，o
s
为定子开槽的宽度，t
s
为定子凸极磁阻的宽度。
[0029]作为优选方案，B
ABC
(θ,t)计算公式如下：
[0030][0031][0032][0033]其中，h和l为自然数，为磁场转换系数，F
ABC
(θ,t)为由电枢绕组建立的磁化磁动势。
[0034]作为优选方案，B(θ,t)计算公式如下：
[0035][0036]其中，h和l为自然数，为磁场转换系数，F
ABC
(θ,t)为由电枢绕组建立的磁化磁动势。
[0037]作为优选方案，F
ABC
(θ,t)计算公式如下：
[0038][0039]其中，W
sA
(θ)、W
sB
(θ)、W
sC
(θ)分别为A、B、C相绕组的绕组函数,N
st
为转子铁芯的槽数，i
a
，i
b
，i
c
分别为A、B、C相对称电流，θ为沿气隙圆周机械角。
[0040]作为优选方案，所述磁场调制永磁电机定子铁耗计算步骤如下：
[0041]将电流密度λ
s
(θ,t)带入到转子开槽内有铁芯的等效电流层有限元模型中，计算得到定子铁耗。
[0042]所述电流密度λ
s
(θ,t)计算公式如下：
[0043][0044]其中，κ＝3j
±
1，u＝3h
‑
1，υ＝uN
t
+lN
rt
，η＝l
‑
κ，B
υ
′
为v次空间谐波磁密幅值。
[0045]作为优选方案，所述磁场调制永磁电机转子铁耗计算步骤如下：将电流密度λ
r
(θ,t本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PWM逆变器供电下磁场调制永磁电机铁耗计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：计算磁通切换永磁电机调制后的空载气隙磁通磁密分布B
pm_s
(θ)；步骤2：计算磁通切换永磁电机PWM逆变器供电下仅由电枢绕组产生的气隙磁通密度分布，所述仅由电枢绕组产生的气隙磁通密度分布包括：当κ＝3j
‑
1的仅由电枢绕组产生的气隙磁通密度分布B
ABC
(θ,t)，当κ＝3j
‑
2的仅由电枢绕组产生的气隙磁通密度分布B(θ,t)，κ为电流谐波次数，j为正整数；步骤3：分别将B
ABC
(θ,t)与B
pm_s
(θ)，B(θ,t)与B
pm_s
(θ)求和得到PWM电压源供电下磁通切换永磁电机气隙磁密分布B
m
；步骤4：根据PWM电压源供电下磁通切换永磁电机气隙磁密分布B
m
各次空间谐波对应的等效电流层内的电流密度，计算磁场调制永磁电机定子铁耗，转子铁耗。2.根据权利要求1所述的PWM逆变器供电下磁场调制永磁电机铁耗计算方法，其特征在于：还包括：根据PWM电压源供电下磁通切换永磁电机气隙磁密分布B
m
，计算定转子铁芯内损耗。3.根据权利要求1或2所述的PWM逆变器供电下磁场调制永磁电机铁耗计算方法，其特征在于：所述B
pm_s
(θ)计算公式如下：(θ)计算公式如下：C
pm_r
＝C
pmv
m
r0r0
其中，M
r
(N
rt
,ε
r
)为转子凸极磁阻调制器，M
s
(N
st
,ε
s
)为定子凸极磁阻调制器，C
pm_r
，和为磁场转换系数，B
pm
(θ)为空载气隙磁通密度分布，
N
rt
为转子铁芯的槽数，β
r
为经验系数，o
r
为转子开槽宽度，t
r
为转子凸极磁阻宽度，w
r
为转子凸极磁阻旋转角速度，p
f
为永磁体极对数，θ为沿气隙圆周机械角，k为正整数，l为大于等于1的整数，w
r
为转子凸极磁阻旋转角速度。4.根据权利要求3所述的PWM逆变器供电下磁场调制永磁电机铁耗计算方法，其特征在于：B
pm
(θ)计算公式如下：(θ)计算公式如下：其中，μ0是真空的磁导率，g为气隙长度，B
pm
(θ)为空载气隙磁通密度分布,F
PM0
为为磁通切换永磁电机空载时永磁体的工作点，π为圆周率，α为永磁体的一半的宽度，N
st
为定子铁芯的槽数。5.根据权利要求3所述的PWM逆变器供电下磁场调制永磁电机铁耗计算方法，其特征在于：M
s
(N
st
,ε
s
)计算公式如下：)计算公式如下：)计算公式如下：其中，i为大于等于1的整数，N
st
为定子铁芯的槽数，θ为沿气隙圆周机械角，β
s
为经验系数，o
s
为定子开槽的宽度，t
s
为定子凸极磁阻的宽度。6.根据权利要求1或2所述的PWM逆变器供电下磁场调制永磁电机铁耗计算方法，其特征在于：B
ABC
(θ,t)计算公式如下：
其中，h和l为自然...

【专利技术属性】
技术研发人员：程明，王景霞，刘楷，林有余，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：