基于場(chǎng)路耦合的電機(jī)性能快速計(jì)算方法的實(shí)現(xiàn)

永磁電機(jī)發(fā)展迅速，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)變化層出不窮，且對(duì)軟件精度和計(jì)算速度的要求日益提高，常用的設(shè)計(jì)方法在處理此類問題時(shí)效率較低，已不能滿足用戶需求。例如用傳統(tǒng)磁路法進(jìn)行永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，理論基于假設(shè)并引入大量的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，精度差，擴(kuò)展性差，支持的轉(zhuǎn)子種類少等。因此，需要一種全新的設(shè)計(jì)方法來處理這類問題，新方法應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性、較高精度以及較快的求解速度，而場(chǎng)路耦合法恰好可以幫助用戶解決這類問題。

場(chǎng)路耦合法，核心求解仍采用磁路法算法，但需利用靜磁場(chǎng)提取一些計(jì)算所需關(guān)鍵參數(shù)，從而在提高計(jì)算精度的同時(shí)，又能兼顧計(jì)算速度；且場(chǎng)路耦合法具有良好的擴(kuò)展性，能夠適應(yīng)所有具有二維磁場(chǎng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子形式。

算法研究

1、幾種不同算法對(duì)比

計(jì)算永磁電機(jī)有多種方法，常見的算法如磁路法、有限元法、多回路法和場(chǎng)路耦合法等，這幾種算法各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

磁路法計(jì)算速度快，常規(guī)電機(jī)可保證計(jì)算精度，但是理論基于假設(shè)并引入大量的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，精度差，擴(kuò)展性差；有限元法計(jì)算精度高，能解決多相問題，通用性強(qiáng)，計(jì)及非正弦及飽和，但是計(jì)算耗時(shí)，操作繁瑣，效率低；多回路法通用性好，能解決多相問題，計(jì)及非正弦及飽和，但是無法計(jì)及鐵耗影響，多相計(jì)算時(shí)較耗時(shí)；場(chǎng)路耦合法計(jì)算精度較高，計(jì)算時(shí)間較少，可計(jì)及飽和，但是暫時(shí)無法解決多相，擴(kuò)展性差。綜合考慮，選取場(chǎng)路耦合法作為解決永磁電機(jī)眾多轉(zhuǎn)子類型、且計(jì)算速度快、精度高的解決方法。

2、場(chǎng)路耦合算法實(shí)現(xiàn)

EasiMotor永磁同步電機(jī)原磁路法求解流程如圖1所示。

圖1 磁路法求解流程

場(chǎng)路耦合法在原來磁路法基礎(chǔ)之上，利用穩(wěn)態(tài)場(chǎng)求解關(guān)鍵參數(shù)，然后代入磁路法計(jì)算流程中，以達(dá)到提高計(jì)算精度的目的，如圖2所示。

圖2場(chǎng)路耦合算法求解流程

EasiMotor永磁同步電機(jī)場(chǎng)路耦合的具體流程如下圖3，適用于永磁同步發(fā)電機(jī)、調(diào)速永磁電機(jī)和自起動(dòng)永磁電機(jī)。

圖3場(chǎng)路耦合算法實(shí)現(xiàn)

采用了基于場(chǎng)路耦合的電機(jī)性快速計(jì)算方法之后，計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)的磁路法相比具有了更高的計(jì)算精度，并修改了鐵耗計(jì)算方法，舍棄了經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

3、場(chǎng)路耦合算法驗(yàn)證

修改了傳統(tǒng)的磁路法計(jì)算方法，采用了基于場(chǎng)路耦合的電機(jī)性能快速計(jì)算方法之后，EasiMotor支持的永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖4EasiMotor支持的永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

表貼式永磁同步電機(jī)案例

選取某表貼式三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，線電壓220V，頻率50Hz，額定功率500W，三相星型連接，工作溫度115°，電機(jī)截面結(jié)構(gòu)模型如圖5所示。

圖5表貼式電機(jī)截面結(jié)構(gòu)模型

傳統(tǒng)磁路法、場(chǎng)路耦合法以及有限元法計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表1所示。

表1 案例1結(jié)果對(duì)比

內(nèi)埋式永磁同步電機(jī)案例

另有內(nèi)埋式三相永磁同步電動(dòng)機(jī), 工況同上，電機(jī)截面結(jié)構(gòu)模型如圖6所示。

圖6內(nèi)埋式電機(jī)截面結(jié)構(gòu)模型

不同方法計(jì)算結(jié)果的對(duì)比如表2所示。

從以上數(shù)據(jù)對(duì)比中可以看出，場(chǎng)路耦合算法能夠滿足精度需求。

表2案例2結(jié)果對(duì)比

4、結(jié)論

通過對(duì)比，永磁同步電機(jī)采用了場(chǎng)路耦合算法后，不僅計(jì)算精度到達(dá)要求，而且具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）操作簡(jiǎn)單易上手：參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單，上手快速，使用門檻低，無需有限元使用基礎(chǔ)。

2）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)豐富：在保留原有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，新增常用轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，各種復(fù)雜磁路結(jié)構(gòu)計(jì)算具有精度高的特點(diǎn)，可根據(jù)客戶需要，定制相應(yīng)結(jié)構(gòu)，后續(xù)將開放用戶自定義轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)功能，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化要求。

3）計(jì)算準(zhǔn)確速度快：計(jì)算結(jié)果與有限元結(jié)果吻合度高，有限元計(jì)算關(guān)鍵參數(shù)提升計(jì)算精度，改進(jìn)磁路法計(jì)算性能提升計(jì)算速度。

來源：旺材電機(jī)與電控