一种无刷双馈电机性能的分析方法及装置与流程
本发明涉及无刷双馈电机技术领域，尤其涉及一种无刷双馈电机性能的分析方法及装置。
背景技术
当前，无刷双馈电机定子上有两套绕组与电网之间实现能量流动，分别为pp对极功率绕组和pc对极控制绕组。而由于笼型转子结构和制造工艺简单，因此无刷双馈电机的转子设计多采用笼型结构。笼形结构的无刷双馈电机的转子通过“齿谐波”原理，使功率绕组和控制绕组产生的不同极数的气隙场得以调制。“齿谐波”原理主要是：转子笼型导条数为z，功率绕组pp对极基波磁场在转子绕组中感应电流产生的一次齿谐波磁动势次数为k＝±z+pp，令k＝-pc，两套定子绕组通过转子的磁场调制作用进行耦合，负号代表谐波磁动势旋转方向与基波磁动势相反，齿谐波幅值较大，其绕组系数与主波绕组系数相等，转子笼型导条数为：z＝pp+pc。由于pp+pc一般较小，转子漏抗较高，可通过增加转子槽数提高无刷双馈电机的性能。笼型整体结构多采用由导体和端环组成的pp+pc组同心式分布短路绕组的形式，组与组之间可公共端环连接或每个组独立存在，每组内部导条的具体连接方式可根据情况确定，可独立存在不与端环连接，可与公共端环连接，或两根导条自行闭合构成短路回路。
现有技术通过分析笼型转子短路环分布对无刷双馈电机转子磁场调制能力的影响。然而，由于无刷双馈电机电磁特性复杂，现有技术中缺少对于笼型转子无刷双馈电机转子导条数和连接方式对转子磁场调制能力、单馈启动性能影响进行多种物理量耦合的有效分析模型和分析方法。
技术实现要素：
本发明的实施例提供一种无刷双馈电机性能的分析方法及装置，以实现根据无刷双馈电机的转子导条数和连接方式来确定无刷双馈电机性能的分析方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种无刷双馈电机性能的分析方法，包括：
获取无刷双馈电机的笼型转子导条数；
建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型；
根据所述无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，确定所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机的运行性能数据。
具体的，所述无刷双馈电机的运行性能数据包括：无刷双馈电机的单馈异步启动转速和无刷双馈电机异步稳定运行时刻气隙磁密谐波含量。
具体的，所述笼型转子导条数为z；z＝pp+pc，所有转子导条两端各通过一个公共端环连接在一起；pp为功率绕组的极对数，pc为控制绕组的极对数；
所述建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，包括：
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc的无刷双馈电机结构，建立电磁场方程；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc的无刷双馈电机结构，建立定子电路方程；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc的无刷双馈电机结构，建立转子导条支路电压方程；所述转子导条支路电压方程为：
其中，ik为无刷双馈电机结构中第k段端环的电流；uk为第k个导条支路两端电压；rk为第k段端环的电阻；lk为第k段端环的电容；n为笼型转子导条数z＝pp+pc；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc的无刷双馈电机结构，建立转子机械运动方程；
根据所述电磁场方程联立所述定子电路方程、转子导条支路电压方程和转子机械运动方程，建立无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型。
具体的，所述笼型转子导条数为z；z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝1，即在z＝pp+pc的基础上，每两个相邻导体中间新增加1个导条，新增加的num×(pp+pc)|num＝1导条独立存在，与端环无连接；
所述建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，包括：
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝1的无刷双馈电机结构和笼型转子导条涡流数据，建立电磁场方程；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝1的无刷双馈电机结构，建立定子电路方程；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝1的无刷双馈电机结构，建立连接了无刷双馈电机结构中的公共端环的转子导条支路电压方程；所述转子导条支路电压方程为：
其中，ik为无刷双馈电机结构中第k段端环的电流；uk为第k个导条支路两端电压；rk为第k段端环的电阻；lk为第k段端环的电容；n为笼型转子导条数z＝pp+pc；
无需对所添加的独立存在的num×(pp+pc)|num＝1导条列转子电压方程；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝1的无刷双馈电机结构，建立转子机械运动方程；
根据所述电磁场方程联立所述定子电路方程、转子导条支路电压方程和转子机械运动方程，建立无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型。
具体的，所述笼型转子导条数为z；z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝2，即在z＝pp+pc的基础上，每两个相邻导体中间增加2个导条，增加的这2个导条通过各端一个独立的端环短路连接在一起构成独立的回路，新增加的num×(pp+pc)|num＝2个导条构成pp+pc个独立回路；
所述建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，包括：
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝2的无刷双馈电机结构，建立电磁场方程；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝2的无刷双馈电机结构，建立定子电路方程；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝2的无刷双馈电机结构，建立连接了无刷双馈电机结构中的公共端环的转子导条支路电压方程；所述转子导条支路电压方程为：
其中，ik为无刷双馈电机结构中第k段端环的电流；uk为第k个导条支路两端电压；rk为第k段端环的电阻；lk为第k段端环的电容；n为笼型转子导条数z＝pp+pc；
建立未连接无刷双馈电机结构中的公共端环的转子回路的电压电流方程；所述转子回路的电压电流方程为：
其中，ib1和ib2分别为单个转子回路中的两个导条的电流；ub1和ub2分别为单个转子回路中的两个导条两端的电压；ib为单个转子回路中的端环电流；rb1为单个转子回路中的端环电阻；lb1为单个转子回路中的端环电感；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝2的无刷双馈电机结构，建立转子机械运动方程；
根据所述电磁场方程联立所述定子电路方程、转子导条支路电压方程、各转子回路的电压电流方程和转子机械运动方程，建立无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型。
具体的，所述笼型转子导条数为z；z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝3，即在z＝pp+pc的基础上，每两个相邻导体中间增加3个导条，增加的左右2个导条通过各端一个独立的端环短路连接在一起构成独立的回路，剩下的中间的1个导条独立存在，与端环无连接；
所述建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，包括：
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝3的无刷双馈电机结构和笼型转子导条涡流数据，建立电磁场方程；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝3的无刷双馈电机结构，建立定子电路方程；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝3的无刷双馈电机结构，建立连接了无刷双馈电机结构中的公共端环的转子导条支路电压方程；所述转子导条支路电压方程为：
其中，ik为无刷双馈电机结构中第k段端环的电流；uk为第k个导条支路两端电压；rk为第k段端环的电阻；lk为第k段端环的电容；n为笼型转子导条数z＝pp+pc；
对所添加的独立存在的导条无需列转子电压方程；
建立未连接无刷双馈电机结构中的公共端环的独立转子回路的电压电流方程；所述转子回路的电压电流方程为：
其中，ib1和ib2分别为单个转子回路中的两个导条的电流；ub1和ub2分别为单个转子回路中的两个导条两端的电压；rb1为单个转子回路中的端环电阻；lb1为单个转子回路中的端环电感；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝3的无刷双馈电机结构，建立转子机械运动方程；
根据所述电磁场方程联立所述定子电路方程、转子导条支路电压方程、各转子回路的电压电流方程和转子机械运动方程，建立无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型。
具体的，所述笼型转子导条数为z；z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝4，即在z＝pp+pc的基础上，每两个相邻导体中间增加4个导条，增加的左右2个导条通过各端一个独立的端环短路连接在一起构成独立的回路，剩下的中间的2个导条也通过各端一个独立的端环短路连接在一起构成独立的回路；新增加的num×(pp+pc)|num＝4个导条构成2×(pp+pc)个独立回路；
所述建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，包括：
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝4的无刷双馈电机结构，建立电磁场方程；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝4的无刷双馈电机结构，建立定子电路方程；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝4的无刷双馈电机结构，建立连接了无刷双馈电机结构中的公共端环的转子导条支路电压方程；所述转子导条支路电压方程为：
其中，ik为无刷双馈电机结构中第k段端环的电流；uk为第k个导条支路两端电压；rk为第k段端环的电阻；lk为第k段端环的电容；n为笼型转子导条数z＝pp+pc；
建立未连接无刷双馈电机结构中的公共端环的独立转子回路的电压电流方程；所述转子回路的电压电流方程为：
其中，ib1和ib2分别为靠近中间的单个转子回路中的两个导条的电流；ub1和ub2分别为靠近中间的单个转子回路中的两个导条两端的电压；ib3和ib4分别为靠近连接公共端环导体的单个转子回路中的两个导条的电流；ub3和ub4分别为靠近连接公共端环导体的单个转子回路中的两个导条两端的电压；rb1为靠近中间的单个转子回路中的端环电阻；lb1为靠近中间的单个转子回路中的端环电感；rb2为靠近连接公共端环导体的单个转子回路中的端环电阻；lb2为靠近连接公共端环导体的单个转子回路中的端环电感；
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝4的无刷双馈电机结构，建立转子机械运动方程；
根据所述电磁场方程联立所述定子电路方程、转子导条支路电压方程、各转子回路的电压电流方程和转子机械运动方程，建立无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型。
一种无刷双馈电机性能的分析装置，包括：
笼型转子导条数获取单元，用于获取无刷双馈电机的笼型转子导条数；
模型建立单元，用于建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型；
电机运行性能确定单元，用于根据所述无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，确定所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机的运行性能数据。
具体的，所述电机运行性能确定单元中的无刷双馈电机的运行性能数据包括：无刷双馈电机的单馈异步启动转速和无刷双馈电机异步稳定运行时刻气隙磁密谐波含量。
本发明实施例提供的一种无刷双馈电机性能的分析方法及装置，通过获取无刷双馈电机的笼型转子导条数，并建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，从而根据所述无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，确定所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机的运行性能数据。可见，本发明可以提供对于笼型转子无刷双馈电机转子导条数和连接方式对转子磁场调制能力、单馈启动性能影响进行多种物理量耦合的有效分析模型和分析方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种无刷双馈电机性能的分析方法的流程图；
图2为本发明实施例中的转子上只开5个线槽的笼型转子无刷双馈电机的转子3维立体图和对应的2维平面结构示意图；
图3为本发明实施例中的转子上只开10个线槽的笼型转子无刷双馈电机的转子3维立体图和对应的2维平面结构示意图；
图4为本发明实施例中的转子上只开20个线槽的笼型转子无刷双馈电机的转子3维立体图和对应的2维平面结构示意图；
图5为本发明实施例中的转子上只开30个线槽的笼型转子无刷双馈电机的转子3维立体图和对应的2维平面结构示意图；
图6为本发明实施例中的转子上只开40个线槽的笼型转子无刷双馈电机的转子3维立体图和对应的2维平面结构示意图；
图7为本发明实施例中的转子上只开50个线槽的笼型转子无刷双馈电机的转子3维立体图和对应的2维平面结构示意图；
图8为本发明实施例中的转子上只开60个线槽的笼型转子无刷双馈电机的转子3维立体图和对应的2维平面结构示意图；
图9为本发明实施例中的不同转子导条数的单馈异步起动转速对比示意图；
图10为本发明实施例中具有相同定子结构参数，不同转子导条数的无刷双馈电机异步稳定运行时刻气隙磁密谐波含量对比图；
图11为本发明另一实施例中具有相同定子结构参数，不同转子导条数的单馈异步起动转速对比图；
图12为本发明另一实施例中具有相同定子结构参数，不同转子导条数的无刷双馈电机异步稳定运行时刻气隙磁密谐波含量对比图；
图13为本发明实施例提供的一种无刷双馈电机性能的分析装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种无刷双馈电机性能的分析方法，包括：
步骤101、获取无刷双馈电机的笼型转子导条数。
步骤102、建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型。
步骤103、根据所述无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，确定所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机的运行性能数据。
本发明实施例提供的一种无刷双馈电机性能的分析方法，通过获取无刷双馈电机的笼型转子导条数，并建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，从而根据所述无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，确定所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机的运行性能数据。可见，本发明可以提供对于笼型转子无刷双馈电机转子导条数和连接方式对转子磁场调制能力、单馈启动性能影响进行多种物理量耦合的有效分析模型和分析方法。本发明可适用于电机内部磁场分布复杂、时空谐波含量极其丰富的笼型无刷双馈电机磁场性能影响因素的研究。
具体的，所述无刷双馈电机的运行性能数据包括：无刷双馈电机的单馈异步启动转速和无刷双馈电机异步稳定运行时刻气隙磁密谐波含量。
具体的，所述笼型转子导条数为z；z＝pp+pc，pp为功率绕组的极对数，pc为控制绕组的极对数；即在转子上只开z＝pp+pc个线槽。
则上述步骤102中，建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，可以通过如下方式实现：
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc的无刷双馈电机结构，建立电磁场方程：
其中，a为矢量磁位；μ为磁导率；g为求解区域；γ为定子铁心外圆边界；js为传导电流密度，在铁心和气隙中js＝0，在定子功率绕组中
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc的无刷双馈电机结构，建立定子电路方程。
其中，usp、usc分别为定子三相功率绕组和三相控制绕组电压组成的列向量，isp、isc分别为定子三相功率绕组和三相控制绕组电流组成的列向量，rsp、rsc分别为定子三相功率绕组和三相控制绕组的电阻矩阵，lσsp、lσsc分别为定子三相功率绕组和三相控制绕组的漏感矩阵，mp、mc为分别为定子三相功率绕组和三相控制绕组感应电动势对应的系数矩阵。
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc的无刷双馈电机结构，建立转子导条支路电压方程。所述转子导条支路电压方程为：
其中，ik为无刷双馈电机结构中第k段端环的电流；uk为第k个导条支路两端电压；rk为第k段端环的电阻；lk为第k段端环的电容；n为笼型转子导条数z＝pp+pc。
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc的无刷双馈电机结构，建立转子机械运动方程。
其中，tm为负载转矩，ω为转子机械角速度，θ为转子位置角，jm为电机转子及负载的转动惯量，h为向量磁位表示电磁转矩的二次型矩阵。
根据所述电磁场方程联立所述定子电路方程、转子导条支路电压方程和转子机械运动方程，建立无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型。
其中，k为节点向量磁位系数矩阵，sp、sc和b为定、转子电流对应的系数矩阵；rsp、rsc分别为定子三相功率绕组和三相控制绕组的电阻矩阵，lσsp、lσsc分别为定子三相功率绕组和三相控制绕组的漏感矩阵，mp、mc为分别为定子三相功率绕组和三相控制绕组感应电动势对应的系数矩阵；rr、lσr分别为转子回路的电阻矩阵和电感系数矩阵，n为转子回路感应电动势对应的系数矩阵；h为向量磁位表示电磁转矩的二次型矩阵。
另外，所述笼型转子导条数还可以为z；z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝1，pp为功率绕组的极对数，pc为控制绕组的极对数；即在z＝pp+pc的基础上，每两个相邻导体中间新增加1个导条，新增加的num×(pp+pc)|num＝1导条独立存在，与端环无连接；
则上述步骤102中，建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，可以采用如下方式实现：
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝1的无刷双馈电机结构和笼型转子导条涡流数据，建立电磁场方程。
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝1的无刷双馈电机结构，建立定子电路方程。
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝1的无刷双馈电机结构，建立连接了无刷双馈电机结构中的公共端环的转子导条支路电压方程；所述转子导条支路电压方程为：
其中，ik为无刷双馈电机结构中第k段端环的电流；uk为第k个导条支路两端电压；rk为第k段端环的电阻；lk为第k段端环的电容；n为笼型转子导条数z＝pp+pc。
无需对所添加的独立存在的num×(pp+pc)|num＝1导条列转子电压方程。
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝1的无刷双馈电机结构，建立转子机械运动方程。
根据所述电磁场方程联立所述定子电路方程、转子导条支路电压方程和转子机械运动方程，建立无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型。
另外，所述笼型转子导条数还可以为z；z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝2，即在z＝pp+pc的基础上，每两个相邻导体中间增加2个导条，增加的这2个导条通过各端一个独立的端环短路连接在一起构成独立的回路，新增加的num×(pp+pc)|num＝2个导条构成pp+pc个独立回路；
则上述步骤102中，建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，可以采用如下方式实现：
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝2的无刷双馈电机结构，建立电磁场方程。
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝2的无刷双馈电机结构，建立定子电路方程。
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝2的无刷双馈电机结构，建立连接了无刷双馈电机结构中的公共端环的转子导条支路电压方程；所述转子导条支路电压方程为：
其中，ik为无刷双馈电机结构中第k段端环的电流；uk为第k个导条支路两端电压；rk为第k段端环的电阻；lk为第k段端环的电容；n为笼型转子导条数z＝pp+pc；
建立未连接无刷双馈电机结构中的公共端环的转子回路的电压电流方程；所述转子回路的电压电流方程为：
其中，ib1和ib2分别为单个转子回路中的两个导条的电流；ub1和ub2分别为单个转子回路中的两个导条两端的电压；ib为单个转子回路中的端环电流；rb1为单个转子回路中的端环电阻；lb1为单个转子回路中的端环电感。
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝2的无刷双馈电机结构，建立转子机械运动方程。
根据所述电磁场方程联立所述定子电路方程、转子导条支路电压方程、各转子回路的电压电流方程和转子机械运动方程，建立无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型。
另外，所述笼型转子导条数还可以为z；z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝3，即在z＝pp+pc的基础上，每两个相邻导体中间增加3个导条，增加的左右2个导条通过各端一个独立的端环短路连接在一起构成独立的回路，剩下的中间的1个导条独立存在，与端环无连接；
则上述步骤102，建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，可以采用如下方式实现：
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝3的无刷双馈电机结构和笼型转子导条涡流数据，建立电磁场方程。
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝3的无刷双馈电机结构，建立定子电路方程。
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝3的无刷双馈电机结构，建立连接了无刷双馈电机结构中的公共端环的转子导条支路电压方程；所述转子导条支路电压方程为：
其中，ik为无刷双馈电机结构中第k段端环的电流；uk为第k个导条支路两端电压；rk为第k段端环的电阻；lk为第k段端环的电容；n为笼型转子导条数z＝pp+pc；
对所添加的独立存在的导条无需列转子电压方程；
建立未连接无刷双馈电机结构中的公共端环的独立转子回路的电压电流方程；所述转子回路的电压电流方程为：
其中，ib1和ib2分别为单个转子回路中的两个导条的电流；ub1和ub2分别为单个转子回路中的两个导条两端的电压；rb1为单个转子回路中的端环电阻；lb1为单个转子回路中的端环电感。
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝3的无刷双馈电机结构，建立转子机械运动方程。
根据所述电磁场方程联立所述定子电路方程、转子导条支路电压方程、各转子回路的电压电流方程和转子机械运动方程，建立无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型。
另外，所述笼型转子导条数还可以为z；z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝4，即在z＝pp+pc的基础上，每两个相邻导体中间增加4个导条，增加的左右2个导条通过各端一个独立的端环短路连接在一起构成独立的回路，剩下的中间的2个导条也通过各端一个独立的端环短路连接在一起构成独立的回路；新增加的num×(pp+pc)|num＝4个导条构成2×(pp+pc)个独立回路；
则上述步骤102中，建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，可以采用如下方式实现：
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝4的无刷双馈电机结构，建立电磁场方程。
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝4的无刷双馈电机结构，建立定子电路方程。
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝4的无刷双馈电机结构，建立连接了无刷双馈电机结构中的公共端环的转子导条支路电压方程。所述转子导条支路电压方程为：
其中，ik为无刷双馈电机结构中第k段端环的电流；uk为第k个导条支路两端电压；rk为第k段端环的电阻；lk为第k段端环的电容；n为笼型转子导条数z＝pp+pc；
建立未连接无刷双馈电机结构中的公共端环的独立转子回路的电压电流方程；所述转子回路的电压电流方程为：
其中，ib1和ib2分别为靠近中间的单个转子回路中的两个导条的电流；ub1和ub2分别为靠近中间的单个转子回路中的两个导条两端的电压；ib3和ib4分别为靠近连接公共端环导体的单个转子回路中的两个导条的电流；ub3和ub4分别为靠近连接公共端环导体的单个转子回路中的两个导条两端的电压；rb1为靠近中间的单个转子回路中的端环电阻；lb1为靠近中间的单个转子回路中的端环电感；rb2为靠近连接公共端环导体的单个转子回路中的端环电阻；lb2为靠近连接公共端环导体的单个转子回路中的端环电感。
根据笼型转子导条数为z＝pp+pc+num×(pp+pc)|num＝4的无刷双馈电机结构，建立转子机械运动方程。
根据所述电磁场方程联立所述定子电路方程、转子导条支路电压方程、各转子回路的电压电流方程和转子机械运动方程，建立无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型。
值得说明的是，上述的num数值受到外径尺寸的限制，不会选取过大。
为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面列举两个具体的应用实例：
实例1：
以功率绕组极对数pp＝4，控制绕组极对数pc＝1的笼型无刷双馈电机为例，建立具有相同定子结构参数，不同转子导条数的场路运动耦合时步有限元模型。图2为转子上只开pp+pc＝5个线槽的笼型转子无刷双馈电机的转子3维立体图和对应的2维平面结构示意图，5个导体两端各通过一个公共端环连接。图3为在图2的基础上新增1*(pp+pc)＝5个线槽的转子3维立体图和对应的2维平面结构示意图，新增的5个导条与端环无连接，独立存在。图4为在图3的基础上新增2*(pp+pc)＝10个线槽的转子3维立体图和对应的2维平面结构示意图，新增加的2*(pp+pc)个导条构成(pp+pc)＝5个独立回路。图5为在图4的基础上新增2*(pp+pc)＝10个线槽的转子3维立体图和对应的2维平面结构示意图，即在图4的基础上新增加(pp+pc)＝5个独立回路。图6为在图5的基础上新增2*(pp+pc)＝10个线槽的转子3维立体图和对应的2维平面结构示意图，即在图5的基础上新增加(pp+pc)＝5个独立回路。图7为在图6的基础上新增2*(pp+pc)＝10个线槽的转子3维立体图和对应的2维平面结构示意图，即在图6的基础上新增加(pp+pc)＝5个独立回路。图8为在图7的基础上新增2*(pp+pc)＝10个线槽的转子3维立体图和对应的2维平面结构示意图，即在图7的基础上新增加(pp+pc)＝5个独立回路。建立转子导条数分别为5、10、20、30、40、50、60的无刷双馈电机的场路运动耦合时步有限元模型，并求解电机不同工况运行性能。
无刷双馈电机控制绕组短接，功率绕组接工频电源，无刷双馈电机实现单馈异步起动。对比分析不同转子导条数和连接方式下，无刷双馈电机单馈异步起动转速，如图9所示。可见转子导条数越大，电机起动较快。通过对比z＝5和z＝10两种转子条件下的起动性能，可见在同心式组内的中心位置增加独立存在的导条，对起动性能影响较小。
另外，判别不同转子结构无刷双馈电机磁场调制效果优劣的基本原则为：如果磁场的有益谐波即与定子功率绕组和控制绕组基波磁场极对数相对应的谐波磁场含量大，磁场调制效果一般较好。因此，比较理想的转子应该使这两种谐波成分尽量增大。对比分析不同转子导条数下，无刷双馈电机控制绕组短接异步稳定运行时刻气隙磁密控制绕组基波磁场含量，如图10所示。可见对于所分析的具有pp＝4对极功率绕组，pc＝1对极控制绕组的笼型无刷双馈电机，转子导条数越大，磁场调制效果越好，且在图2的基础上两导条中心至导条之间的部位增加线槽效果较明显。
实例2：
以功率绕组极对数pp＝3，控制绕组极对数pc＝1的笼型无刷双馈电机为例，建立具有相同定子结构参数，不同转子导条数即pp+pc＝4、pp+pc+1*(pp+pc)＝8、pp+pc+3*(pp+pc)＝16、pp+pc+5*(pp+pc)＝24、pp+pc+7*(pp+pc)＝32、pp+pc+9*(pp+pc)＝40下无刷双馈电机的场路运动耦合时步有限元模型，并求解电机不同工况运行性能。
对比分析不同转子导条数和连接方式下，无刷双馈电机单馈异步起动转速，如图11所示。可见转子导条数越大，电机起动较快。通过对比z＝4和z＝8两种转子条件下的起动性能，可见在同心式组内的中心位置增加独立存在的导条，对起动性能影响较小。对比分析不同转子导条数无刷双馈电机异步稳定运行时刻气隙磁密谐波含量，如图12所示。可见对于所分析的具有pp＝3对极功率绕组，pc＝1对极控制绕组的笼型无刷双馈电机，转子导条数越大，磁场调制效果越好。
可见，本发明可以通过有限元方法分析笼型转子导条数和连接方式对无刷双馈电机性能的影响，可以综合考虑磁场的饱和、定转子铁心的涡流效应、高次谐波等非线性因素的影响，更接近笼转子无刷双馈电机实际运行状态，提高了笼型转子导条数和连接方式对无刷双馈电机性能影响的准确性。通过有限元法分析笼型转子导条数和连接方式对无刷双馈电机性能的影响，可为笼型回路数的准确选择提供可靠的设计依据，并为进一步提升无刷双馈电机笼型转子磁场调制能力提供技术参考。
对应于上述图1所示的方法实施例，如图13所示，本发明实施例还提供一种无刷双馈电机性能的分析装置，包括：
笼型转子导条数获取单元21，用于获取无刷双馈电机的笼型转子导条数。
模型建立单元22，用于建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型。
电机运行性能确定单元23，用于根据所述无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，确定所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机的运行性能数据。
具体的，所述电机运行性能确定单元23中的无刷双馈电机的运行性能数据包括：无刷双馈电机的单馈异步启动转速和无刷双馈电机异步稳定运行时刻气隙磁密谐波含量。
本发明实施例提供的一种无刷双馈电机性能的分析方法及装置，通过获取无刷双馈电机的笼型转子导条数，并建立所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，从而根据所述无刷双馈电机场路运动耦合时步有限元模型，确定所述笼型转子导条数对应的无刷双馈电机的运行性能数据。可见，本发明可以提供对于笼型转子无刷双馈电机转子导条数和连接方式对转子磁场调制能力、单馈启动性能影响进行多种物理量耦合的有效分析模型和分析方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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