专利汇可以提供一种交流电机的两项式分段变系数铁耗模型的构建方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了属于交流 电机 损耗计算及分析技术领域的一种两项式分段变系数 铁 耗模型的构建方法,该模型为该模型是通过对一系列 频率 及磁密下实测 硅 钢 片损耗,该模型是通过对在一系列频率及磁密下实测硅钢片损耗数据进行分析并结合经典两项式模型的 基础 上,考虑了磁路饱和导致 涡流 损耗增加及谐波 磁场 引起的 磁滞 损耗增加现象,在涡流和 磁滞损耗 项中引入4个随磁密和频率分段变化的附加损耗系数而建立模型。且模型中主要系数均随磁密幅值和频率变化;同时,利用该模型能够准确分离由基波及谐波磁场产生的磁滞和涡流损耗,实现铁耗精细化分析。,下面是一种交流电机的两项式分段变系数铁耗模型的构建方法专利的具体信息内容。
1.一种两项式分段变系数铁耗模型的构建方法,用于交流电机损耗精细化分析.其特征在于,该铁耗模型的构建方法是在对一系列频率及磁密下实测硅钢片损耗数据进行分析并结合经典两项式模型的基础上,考虑了磁路饱和导致涡流损耗增加及谐波磁场引起的磁滞损耗增加现象,在涡流和磁滞损耗项中引入4个随磁密和频率分段变化的附加损耗系数,具体建立两项式分段变系数铁耗模型如下:
经典两项式模型的表达式为
Ploss=khBαf+keB2f2 (1)
α 2 2
式中,B为磁密,f为频率,khBf为磁滞损耗,keBf为涡流损耗;kh、ke和α分别为磁滞损耗系数、涡流损耗系数和磁滞损耗项幂系数,由于kh、ke和α均为常系数;所以式(1)仅在一定的频率和磁密范围里满足精确度要求;
令磁滞损耗的系数随磁密和频率变化来保证对磁滞损耗计算的精确性,如式(2)所示:
α′
Phy=kh'B f (2)
式中,kh'、α'为可变磁滞损耗系数和可变磁滞损耗项幂系数,与式(1)中系数kh、α不同的是前者是随磁密和频率变化;
为了更加容易的求解损耗系数以及避免多项式拟合的特性,可将式(2)变形为式中,k1和β1分别为磁滞损耗附加磁密项系数和其指数项,它们均随磁密和频率分段变化,并且khBαf为经典磁滞损耗项,k1Bβ1为附加磁滞损耗项;
可以通过在涡流损耗项中增加附加磁密项的方式来保证涡流损耗计算的精确性,如式(4)所示:
式中,k2和β2为涡流损耗附加磁密项系数和其指数项,为了使式(4)在较宽的磁密和频率范围上均具有较高精度,系数k2和β2应随磁密和频率分段变化;
另外,在磁滞损耗项中增加一个随磁密椭圆轨迹变化的系数来计及旋转磁化的影响,最终的铁耗模型如式(5)所示:
式中,krot为反映旋转磁化的系数,其大小随磁密轨迹椭圆率变化;n代表谐波磁场的次数;j代表电机有限元模型的第j个单元;
上述模型表达式中共有8个损耗系数,包含3个常系数:kh、ke和α分别为磁滞损耗系数、涡流损耗系数和磁滞损耗项幂系数;5个变系数:其中k1、β1、k2和β2随磁密与频率变化,为引入的附加磁密项系数;其中krot为反映旋转磁化的系数,随磁密轨迹椭圆率变化;需要指出的是对于不同硅钢片,系数kh、ke、α、k1、β1、k2和β2是不同的。
2.根据权利要求1所述一种两项式分段变系数铁耗模型的构建方法,其特征在于,所述模型中涡流损耗系数ke和磁滞损耗系数kh和α的求解如下:
当频率f<20Hz,磁密B<0.2T时,铁磁材料线性度非常好,由高次谐波磁场和饱和引起的涡流和磁滞损耗可以忽略不计,此时硅钢片损耗主要是磁滞损耗,且涡流损耗系数ke可由经典理论计算求出,即
式中,d为硅钢片厚度,单位m;γ为电导率,单位S/m;ρ为质量密度,单位kg/m3,此时铁耗可以由式(7)求出,
ln(Ptest/f-keB2f)=ln(kh)+αln(B) (7)
式中,Ptest为硅钢片铁耗实测值,求解过程中,频率f取5Hz、磁密B取0~0.2T,利用式(7)进行线性拟合即可求出磁滞损耗系数kh和指数项α。
3.根据权利要求1所述一种两项式分段变系数铁耗模型的构建方法,其特征在于,所述模型中涡流损耗附加磁密项系数的求解,求解涡流损耗附加磁密高次项系数时,当磁密频率小于200Hz时,将频率从小到大分成大小为50Hz-100Hz的若干区间,磁密分为B≤1.6T和B>1.6T两段;当磁密频率大于或等于200Hz时,仅对频率分段,每段大小为100Hz-300Hz;在上述频率和磁密区间对涡流损耗进行补偿,即可精确计及由饱和效应引起的涡流附加损耗,求解过程如下:
(1)当频率f<200Hz时,铁磁材料磁滞回线畸变较小,在该频率范围里求解涡流损耗附加磁密项系数,可忽略磁滞损耗变化,即令磁滞损耗附加项为1,此时铁耗可由式(8)求出,由式(8)可得
根据式(9)利用线性拟合的方式即可求出各磁密和频率段的k2和β2;
(2)当频率f≥200Hz时,也采用式(8)~(9)求解,但在该频率范围里,仅对频率进行分段,也就是说此时涡流损耗附加高次项系数与磁密大小无关,为了排除磁滞损耗附加磁密低次项的影响在求解系数时,要使磁滞损耗附加磁密低次项k1Bβ1接近于1,β1值接近于0,而k1值接近于1,故为了避免磁滞损耗变化的影响,求解涡流损耗附加磁密高次项系数时磁密B应接近于1,取磁密范围为0.6T4.根据权利要求1所述一种两项式分段变系数铁耗模型的构建方法,其特征在于,所述模型中磁滞损耗附加磁密项系数的求解,由于磁滞损耗附加磁密项系数主要随频率而变化,故仅对频率进行分段即可精确求出磁滞损耗附加磁密项系数,与求解涡流损耗附加磁密项系数时对频率分段规则相同,当磁密频率小于200Hz时,将频率分为大小为50-100Hz的频率段,当磁密频率大于或等于200Hz时,将频率分为大小为100Hz-300Hz频率段,此时铁耗可由式(10)求出,
由式(10)可得:
式(11)中Ptest为硅钢片铁耗实测值;同样根据式(11),利用线性拟合方式可求解出在不同频率段里的k1、β1。
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