基于高温超导励磁线圈的凸极式海上风机参数优化方法与流程

技术特征：

1.一种基于高温超导励磁线圈的凸极式海上风机参数优化方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：设置电机的基础参数，包括额定输出功率、端电压、功率因数、转速、极对数、运行温度、定子内径的平均气隙长度、定子内径的极距、转子外径的平均气隙长度、转子外径的极距；

步骤2：设置电枢绕组参数，包括匝数、槽极、开槽相位、槽距；基于电枢负载、串联的导体数确定单个槽的磁通；基于电枢导体的电流密度确定导体截面积和槽的尺寸，进而求取单极的磁通；

步骤3：计算磁通密度，设置定子铁心参数；基于磁极和磁轭所给定的磁通密度，设置漏磁系数，计算气隙和定子齿部的磁通密度；

步骤4：确定基于高温超导励磁线圈的凸极式海上风机电枢绕组结构，设计端部形状和电阻参数；

步骤5：设置高温超导励磁线圈参数和所需要的磁动势；基于钢材料的饱和特性，分别计算气隙和定子齿部所需要的磁动势数值；基于转子凸极和磁轭的磁动势，通过设定电枢漏磁和反磁势，分别计算负载和空载条件下所需要的磁动势数值；

步骤6：设置励磁绕组参数，基于高温超导材料的尺寸和载流能力，通过设定磁通密度，计算励磁电流；基于负载条件下所需要的磁动势数值，计算励磁绕组截面积和磁极高度；基于钢材料的饱和特性，计算磁极所需要的磁动势数值；

步骤7：计算负载条件下的电枢漏磁和反磁势；通过计算电枢漏磁和反磁势，得到负载条件下的磁动势方程为：

$F_i=F_0\×\frac{E_i}{V_t}=F_0\sqrt{1+r_a^2+x_l^2+2r_{a}cos\mathrm{\θ}+2x_{l}sin\mathrm{\θ}}$

$F_a=1.35\frac{K_{\mathrm{\ω}}{n}_1{I}_a}{P}\×\sqrt{\frac{K_{dm}^2{(sin\mathrm{\θ}+x_l+x_q)}^2+K_{qm}^2{(cos\mathrm{\θ}+r_a)}^2}{{(sin\mathrm{\θ}+x_l+x_q)}^2+{(\cos \mathrm{\θ}+r_a)}^2}}$

其中，E_i为内电压，V_t为端电压，F_i为包括E_i的磁动势，F₀为空载条件下的磁动势，F_a为补偿电枢反应的磁动势，F₂为负载条件下的的磁动势，K_ω为电枢系数，P为极对数，R_a为电枢电阻，α为极距，n₁为每相电枢绕组的串联数，θ为功率因数角，E_i为V_t的夹角，I_a为电枢电流，X_l为漏感，X_q为q轴电枢反应电感；

步骤8：三维磁场分析；基于高温超导励磁线圈的凸极式海上风机不同部分的磁场分布仿真，计算磁场漏感系数和运行电流；其中，运行电流取决于高温超导材料磁通流动所产生的损耗；判断磁场漏感系数和运行电流是否满足要求，若二者均满足，则运行步骤9；若磁场漏感系数不满足要求，则跳转到步骤5；若运行电流不满足要求，则跳转到步骤6；

步骤9：基于高温超导励磁线圈的凸极式海上风机的重量、损耗、效率分析；其中，重量基于所有组成元件的参数计算得出；损耗包括铁耗、电枢电阻损耗、杂散损耗、机械损耗、空气冷却的风机损耗、低温冷却的制冷损耗；其中，低温冷却的制冷损耗功率P_cryo的计算公式为：

$P_{cryo}=1.15\×\frac{(P_{ch}+P_{rh})\×1.1}{COP}$

其中，P_ch为流经玻璃纤维增强塑料的转矩管所耗散的功率，P_rh为高温超导材料磁通流动所耗散的功率；COP为制冷机的运行系数。