一种永磁同步电机转子动偏心位移计算方法技术

一种永磁同步电机转子动偏心位移计算方法，属于永磁同步电机检测技术领域。方法是：根据永磁同步电机的组成特点、结构参数以及电磁方案确定其本体结构仿真模型；根据永磁同步电机的实际制造工艺参数，通过有限元仿真得到永磁同步电机的三相自感互感波形；基于Simulink建立永磁同步电机SVPWM双闭环控制电路，仿真得到永磁同步电机的空载电流。建立转子动偏心位移仿真模型，根据步骤二仿真输出永磁同步电机的空载电流，根据最小二乘法拟合，得到不同转子动偏心位移对应的特征频率含量。根据电机实际结构参数尺寸建立电机仿真模型，得到批量空载电流特征频率含量，根据步骤五计算批量转子动偏心位移。本发明专利技术解决了目前永磁同步电机转子动偏心位移计算的问题。

A calculation method of rotor dynamic eccentricity displacement of permanent magnet synchronous motor

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机转子动偏心位移计算方法
本专利技术涉及一种永磁同步电机转子动偏心位移计算方法，属于永磁同步电机检测

技术介绍
永磁同步电机的生产工艺环节众多，其中定转子装配工序依赖工装保证定转子的同轴度，不可避免地造成转子动偏心，同时定转子的对称性和一致性也影响转子的动偏心程度。对于永磁同步电机而言，由于受到制造工艺水平的制约，其设计制造及装配过程所带来的参数分散性和装配分散性使得批次永磁同步电机的个体之间不可避免地存在一定程度的差异性，而该差异性在一定程度上加剧了永磁同步电机的转子动偏心程度。永磁同步电机定转子装配工序导致转子出现不同程度的动偏心，转子动偏心对永磁同步电机的气隙均匀性造成影响，进而在永磁同步电机的空载电流中出现理想情况下不存在的特征谐波。目前的研究中通常认为永磁同步电机装机运行后，无法准确地测量转子动偏心的位移，因而，往往需要从永磁同步电机的空载电流中提取理想状态下不存在的特征谐波，从特征谐波的程度，大致估计转子动偏心的程度，且忽略了电机结构参数的分散性对转子动偏心位移计算的影响。但是，随着有限元仿真的发展，对于永磁同步电机来说，动偏心位移和空载电流所含有的特征谐波之间的关系可以通过仿真分析的方法给出。因而，结合永磁同步电机自身结构特点和运行原理，建立其仿真模型，并通过最小二乘法函数拟合的方法，建立转子动偏心位移和特征谐波含量之间的映射关系，并以永磁同步电机的制造工艺数据为基础，通过有限元仿真与近似建模技术实现了考虑电机结构参数分散性的永磁同步电机动偏心位移计算，为进一步检测永磁同步电机质量一致性奠定基础。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种考虑电机结构参数分散性的永磁同步电机转子动偏心位移计算方法，以解决目前在永磁同步电机转子动偏心位移计算的相关研究中，未曾考虑制造工艺对转子动偏心位移计算的影响问题。实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种永磁同步电机转子动偏心位移计算方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：采用Maxwell有限元仿真，根据永磁同步电机的结构，构建永磁同步电机的输出特性与影响永磁同步电机输出特性的n个底层结构参数pi(i∈1,Λ,n)(n<∞)的集合P＝{p1,p2,L,pn}之间的模型关系；步骤二：根据永磁同步电机的SVPWM双闭环控制原理，构建永磁同步电机的外加控制电路，形成控制系统模型；步骤三：通过步骤一有限元模型仿真得到对应结构参数下的永磁同步电机自感和互感值，计算得到DQ电感值，即交直轴电感值；步骤四：将步骤三计算得到的DQ电感值代入到步骤二的控制系统模型中，由步骤二仿真输出永磁同步电机的空载电流，构建反映永磁同步电机空载电流与n(n<∞)个底层结构参数集合P以及m(m<∞,m<n)个材料属性之间的模型；步骤五：对不同转子动偏心位移进行仿真建模，根据步骤二仿真输出永磁同步电机的空载电流，对空载电流稳态阶段波形进行傅里叶分解，得到不同转子动偏心位移模型的空载电流特征频率含量，根据最小二乘法拟合得到的函数，得到不同转子动偏心位移对应的特征评频率量；步骤六：根据电机实际结构参数尺寸建立电机仿真模型，得到批量空载电流特征频率含量，根据步骤五拟合得到的函数，估算出批量转子动偏心位移。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：(1)本专利技术采用有限元仿真与控制电路仿真相结合的方式，以永磁同步电机的具体制造结构参数为基础，通过有限元仿真能够得到对应尺寸参数下的永磁同步电机电感值，通过永磁同步电机的电感值建立电机结构参数和空载电流之间的联系，解决了目前的永磁同步电机建模方法无法考虑参数分散性对空载电流的影响的问题。(2)本专利技术对永磁同步电机空载电流进行仿真，充分考虑了电机转子启动位置对空载电流的影响，通过有限元仿真与控制系统仿真相结合的方式，通过SVPWM控制原理的控制电路对转子启动位置和逆变器中各管的开断时刻进行控制，能够控制永磁同步电机模型的转子启动位置一致，避免因转子启动位置不同造成永磁同步电机空载电流有效值之间的差异。(3)基于最小二乘法拟合，得到空载电流特征频率含量与转子动偏心位移的函数关系，从而可根据永磁同步电机的空载电流仿真和信号处理，计算该电机的转子动偏心位移。附图说明图1为某型号永磁同步电机的控制系统示意图；图2为本专利技术所述的一种永磁同步电机转子动偏心位移计算方法的流程图；图3为某型号永磁同步电机的Maxwell有限元仿真模型图；图4为空间矢量图；图5为合成新矢量示意图；图6为某型号永磁同步电机的空载电流仿真波形图；图7为某型号永磁同步电机的转子动偏心位移和特征频率含量拟合曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。具体实施方式一：本实施方式提供了一种永磁同步电机转子动偏心位移计算方法，所述方法首先根据永磁同步电机的组成特点、结构参数以及电磁方案确定其本体结构仿真模型；之后以该永磁同步电机的实际制造工艺参数数据为基础，通过有限元仿真得到永磁同步电机的三相自感互感波形；同时基于Simulink建立永磁同步电机SVPWM双闭环控制电路；最后，根据Maxwell有限元仿真模型计算得到的永磁同步电机电感值，经换算得到永磁同步电机的DQ电感值，代入到Simulink控制系统仿真模型中，仿真得到永磁同步电机的空载电流。如图2所示，具体步骤如下：步骤一：采用Maxwell有限元仿真，根据永磁同步电机的结构，构建永磁同步电机的输出特性与影响永磁同步电机输出特性的n个底层结构参数pi(i∈1,Λ,n)(n<∞)的集合P＝{p1,p2,L,pn}之间的模型关系；步骤二：根据永磁同步电机的SVPWM双闭环控制原理，构建永磁同步电机的外加控制电路模型。本步骤中，永磁同步电机的SVPWM双闭环控制电路采用了速度和电流控制的双闭环结构，形成控制系统模型，该结构如图1所示；步骤三：通过步骤一有限元模型仿真得到对应结构参数下的永磁同步电机自感和互感值，计算得到DQ电感值，即交直轴电感值；具体计算过程如下：设三相自感和互感的平均值分别为Ls和Ms，根据公式(1)计算得到电机电感的平均值L0L0＝Ls+2Ms(1)将由公式(1)得到的电机电感的平均值L0代入公式(2)中，根据公式(2)计算得到电机DQ电感值：Ld＝Lq＝1.5L0(2)其中，Ld为D轴电感，Lq为Q轴电感，L0为电机电感的平均值；步骤四：将步骤三计算得到的DQ电感值代入到步骤二的永磁同步电机SVPWM双闭环控制系统模型中，由步骤二模型仿真输出永磁同步电机的空载电流，构建反映永磁同步电机空载电流与n(n<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机转子动偏心位移计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤一：采用Maxwell有限元仿真，根据永磁同步电机的结构，构建永磁同步电机的输出特性与影响永磁同步电机输出特性的n个底层结构参数p

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机转子动偏心位移计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：采用Maxwell有限元仿真，根据永磁同步电机的结构，构建永磁同步电机的输出特性与影响永磁同步电机输出特性的n个底层结构参数pi(i∈1,…,n)(n＜∞)的集合P＝{p1,p2,…,pn}之间的模型关系；
步骤二：根据永磁同步电机的SVPWM双闭环控制原理，构建永磁同步电机的外加控制电路，形成控制系统模型；
步骤三：通过步骤一有限元模型仿真得到对应结构参数下的永磁同步电机自感和互感值，计算得到DQ电感值，即交直轴电感值；
步骤四：将步骤三计算得到的DQ电感值代入到步骤二的控制系统模型中，由步骤二仿真输出永磁同步电机的空载电流，构建反映永磁同步电机空载电流与n(n＜∞)个底层结构参数集合P以及m(m＜∞,m＜n)个材料属性之间的模型；
步骤五：对不同转子动偏心位移进行仿真建模，根据步骤二仿真输出永磁同步电机的空载电流，对空载电流稳态阶段波形进行傅里叶分解，得到不同转子动偏心位移模型的空载电流特征频率含量，根据最小二乘法拟合得到的函数，得到不同转子动偏心位移对应的特征评频率量；
步骤六：根据电机实际结构参数尺寸建立电机仿真模型，...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶雪荣，吴丽琴，朱妍，翟国富，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23