一种基于有限元分析的变参数永磁同步电动机建模方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于有限元分析的变参数永磁同步电动机建模方法，包括以下步骤：建立永磁同步电动机的三维有限元电磁场仿真模型，并对其进行瞬态场路耦合分析，以获得大量特征参数；创建改进的永磁同步电动机电压方程与转矩方程；根据改进的永磁同步电动机数学模型，搭建永磁同步电动机的仿真模型；将所获各特征参数通入仿真模型的相应端口，完成基于限元分析的变参数永磁同步电动机动态仿真模型的搭建。本发明的永磁同步电动机模型可以综合考虑磁场饱和效应、d-q轴交叉耦合效应、涡流与磁滞等效应，兼顾实时性的同时提高了现有永磁同步电动机模型的准确度，特别适用于永磁同步电机断电-重投、三相突然短路等动态过程的研究。
【专利说明】 —种基于有限元分析的变参数永磁同步电动机建模方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电动机的建模方法，具体涉及一种基于有限元分析的变参数永磁同步电动机建模方法。
【背景技术】
[0002]永磁同步电动机因其体积小、性能好、结构简单、可靠性高、输出转矩大等特点，受到了广泛关注，尤其在机器人、航天航空、精密电子仪器设备等对电动机性能、控制精度要求较高的应用场合与领域。高铁机车、电动汽车及大尺寸螺旋桨等大惯量负载的驱动电机也逐步从感应电动机发展到永磁同步电动机。而永磁同步电机断电-重投、三相突然短路等动态过程时间短、模型及参数变化大，要实现动态过程的有效控制，需要建立便于进行电磁场分析的快速、精确的动态模型以提供分析的基础。
[0003]目前常用的电机建模方法有两种:磁路分析模型和场分析模型(即有限元计算模型)。传统的基于双反应理论的d_q轴磁路分析模型，具有计算简便、仿真速度快的特点，但其只考虑电机电感和气隙磁链的基波分量而没有考虑谐波影响，忽略了磁场饱和效应、d-q轴间交叉耦合作用、涡流损耗与磁滞损耗的影响，难以满足动态过程分析的需要。而磁场分析模型完全采用有限元分析的方法来进行电磁场计算，虽然网格的精确剖分能够获得高精度的电磁场模型，但是计算量大、耗时长，无法用于电机的实时控制，且电机内部参量间电磁关系体现不够明确，不利于研究与分析。
【发明内容】
[0004]要解决的技术问题
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于有限元分析的变参数永磁同步电动机建模方法，能够综合考虑磁场饱和效应、d-q轴交叉耦合效应、涡流与磁滞效应以提高现有永磁同步电动机模型的准确度，且能方便的体现永磁同步电动机电感、电阻、磁链、转动惯量等参数的变化。
[0006]技术方案
[0007]一种基于有限元分析的变参数永磁同步电动机建模方法，其特征在于步骤如下:
[0008]步骤1:根据所设计的永磁同步电动机的结构参数，建立永磁同步电动机的三维有限元电磁场仿真模型；
[0009]步骤2:采用有限元瞬态场路耦合分析方法对仿真模型进行瞬态场路耦合分析，得到不同交、直轴电流下永磁同步电动机的直轴同步电感值Ldd、交轴同步电感值Lm、交轴在直轴中的互感值Ldq与直轴在交轴中的互感值Lqd，不同温度下永磁同步电动机的相电阻值R和永磁体磁链值Vf ；
[0010]步骤3:然后计算等效电机一个电周期内涡流与磁滞损耗之和的交轴虚拟阻尼绕组电感值Lqq、电阻值Rq与直轴虚拟阻尼绕组电感值Ldd、电阻值Rd:
【权利要求】
1.一种基于有限元分析的变参数永磁同步电动机建模方法，其特征在于步骤如下:步骤1:根据所设计的永磁同步电动机的结构参数，建立永磁同步电动机的三维有限元电磁场仿真模型； 步骤2:采用有限元瞬态场路耦合分析方法对仿真模型进行瞬态场路耦合分析，得到不同交、直轴电流下永磁同步电动机的直轴同步电感值Ldd、交轴同步电感值Ltw、交轴在直轴中的互感值Ldq与直轴在交轴中的互感值Lqd，不同温度下永磁同步电动机的相电阻值R和永磁体磁链值Vf; 步骤3:然后计算等效电机一个电周期内涡流与磁滞损耗之和的交轴虚拟阻尼绕组电感值Lqq、电阻值Rq与直轴虚拟阻尼绕组电感值Ldd、电阻值Rd:
2.根据权利要求1所述基于有限元分析的变参数永磁同步电动机建模方法，其特征在于:所述Ldn为直轴同步电感Ldd平均值的1%。
3.根据权利要求1所述基于有`限元分析的变参数永磁同步电动机建模方法，其特征在于:所述Lqe为交轴同步电感Ltw平均值的1%。
【文档编号】G06F17/50GK103853891SQ201410106281
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】骆光照, 张莎, 刘卫国, 窦满峰 申请人:西北工业大学