一种磁路功率的计算方法技术

本发明专利技术公开一种磁路功率的计算方法，本发明专利技术针对磁路的功率问题以及磁路中磁势与磁通的相位问题，在等效磁路矢量模型的基础上，绘制了磁路矢量图，通过磁路矢量图对磁路中的磁势、磁通、磁阻、磁抗进行分析，提出了磁路的虚拟有功功率、虚拟无功功率、虚拟复功率的计算方法；由磁路虚拟功率与电功率的归算因子，推导出磁路虚拟功率与电功率的数学关系，从而可直接由磁路中磁势、磁通等磁量计算得到电功率。本发明专利技术所提出的磁路功率计算方法，能够通过磁路矢量计算并分析磁路中的虚拟功率，进而归算出磁路的电功率；当无法通过电路矢量计算电功率时，可以通过磁路矢量求解电功率。

【技术实现步骤摘要】
一种磁路功率的计算方法
本专利技术涉及磁路理论及应用领域，尤其涉及磁路功率的计算与分析。
技术介绍
近年来，随着电气化和计算机技术的发展，各种不同结构特点、不同工作原理、不同性能优势的电机、变压器、无线充电装置等新型强电磁耦合设备大量涌现。目前这些新型电磁设备的早期设计主要依靠麦克斯韦方程组进行二维或三维有限元分析，计算复杂，耗费时间，成本较高。磁路理论是通过对偶电路理论建立的一种磁路分析方法，是电磁学中的重要理论之一。在特定情况下，等效磁路可通过对偶于电路理论中基尔霍夫定律、欧姆定律等经典原理的数学公式进行描述。在实际问题中，可以应用磁路分析方法对电磁设备进行磁场分析，将复杂抽象的实际分析问题简化为简单原理性的数学逻辑描述，能够减少电磁设备设计时间，节约设计成本。因此，磁路分析方法逐渐受到相关研究者的关注。国内的磁路分析方法研究开始于20世纪八十年代，国内高校以及研究机构的相关领域专家在这方面取得了许多研究成果。沈阳工业大学的唐任远院士在《现代永磁电机理论与设计》中提出了永磁电机磁路的基本原理，虽然磁路法的计算速度快，但是该方法计算精度不高，在实际应用中往往采用一些由工程经验得出的修正系数对计算结果进行修正。南斯拉夫学者VladoOstovic在总结多种经典磁路理论的基础上，提出了一种动态磁网络模型的数值计算方法，在1999年他将三维动态磁网络方法成功应用在爪极发电机中。浙江大学陈晓刚等学者提出了永磁同步电机的磁网络模型，并在所搭建的模型上验证了动态磁网络法的快速性。随着ANSOFT、JAMG等商业化有限元软件的普及，磁路分析方法越来越多地用于电磁装备的三维电磁分析以及结构分析，例如无线电能传输装置模型、磁通切换电机模型、高频变压器模型以等新型电磁设备。东南大学程明等学者提出磁路分析法与二维有限元法相结合的混合分析法，并将之应用于研究永磁体轴向分段对涡流损耗的影响，通过磁路分析方法弥补了有限元法原理上的不足。在现有磁路分析方法或磁网络分析方法应用过程中，主要根据磁路的欧姆定律、磁路的基尔霍夫定律对磁路的磁势、磁通进行分析计算，从未考虑过磁路的功率问题，磁路中功率的计算及分析未得到重视。除此之外，现有的磁路分析方法通过线性磁导、非线性磁导以及永磁磁势、绕组磁势等磁路元件对磁路进行建模，未考虑磁路中磁势与磁通的相位关系。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，针对磁路的功率问题以及磁路中磁势与磁通的相位问题，提出了一种磁路功率的计算方法，通过磁路中的磁势、磁通、磁阻、磁抗绘制了磁路矢量图，计算出磁路的虚拟功率。由磁路虚拟功率与电功率的归算因子，推导出磁路虚拟功率与电功率的数学关系，从而可直接由磁路中磁势、磁通等磁量计算得到电功率。本专利技术所采用的技术方案具体如下：本专利技术提出一种磁路功率的计算方法，具体过程如下：S1、当被测磁路稳定运行时，计算磁路中的磁势和磁通S2、根据公式求解磁路的磁阻抗值Zmc和磁阻抗角S3、求解磁路磁阻值、磁抗值、磁感值，计算公式分别为：Xmc＝jωLmc；其中，Rmc为电感元件所匝链磁路的磁阻值，Xmc表示磁路的磁抗，Lmc表示磁感元件的磁感值，j表示虚数单位，ω为磁路中磁通变化的角频率；S4、选择参考坐标系，绘制磁路矢量图；S5、根据磁路矢量图，将磁路中的磁势对磁通进行正交分解，得到沿磁通方向的磁压降以及垂直磁通方向的磁压降S6、由公式计算磁路的虚拟有功功率，由公式求计算磁路的虚拟无功功率；S7、求解磁路的虚拟复功率具体公式为：S8、根据磁路虚拟功率与电功率归算因子jω求解相应的电功率；即：电有功功率Pe＝ωPmc，电无功功率Qe＝ωQmc，电复功率进一步，本专利技术所提出的一种磁路功率的计算方法，还包括在S6计算磁路的虚拟有功功率、无功功率之前，对包含磁感元件的磁路拓扑是否满足磁路欧姆定律进行验证，即：其中，j表示虚数单位，Rmc为电感元件所匝链磁路的磁阻值，ω为磁路中磁通变化的角频率，Lmc表示磁感元件的磁感值，表示磁路中的磁通矢量，表示磁路中的磁势矢量。进一步，本专利技术所提出的一种磁路功率的计算方法，磁感元件磁感值的大小Lmc与短路线圈的匝数Nr和短路线圈的电阻Rr有关，即磁感的单位为Ω-1；磁感元件对交变磁通有阻碍作用，对于恒定磁通无阻碍作用，定义磁抗的表达式为Xmc＝ωLmc，来描述磁感元件对于交变磁通阻碍作用的大小，ω为磁路中磁通变化的角频率。进一步，本专利技术所提出的一种磁路功率的计算方法，在等效磁路矢量模型中，包括磁势磁通磁阻Rmc和磁感Lmc四个磁路集总变量，根据所述等效磁路矢量模型，当等效磁路模型与等效电路模型通过矢量进行链接时，所构成的电磁矢量图能够同时展示出电路矢量与磁路矢量相位关系。进一步，本专利技术所提出的一种磁路功率的计算方法，结合磁路矢量图，磁路的虚拟复功率的表达式为进一步，本专利技术所提出的一种磁路功率的计算方法，磁路的虚拟有功功率定义为虚拟复功率的虚部，结合磁路矢量图，磁路的虚拟有功功率的表达式为进一步，本专利技术所提出的一种磁路功率的计算方法，磁路的虚拟无功功率定义为虚拟复功率的实部，结合磁路矢量图，磁路虚拟无功功率的表达式为进一步，本专利技术所提出的一种磁路功率的计算方法，磁路虚拟功率与电功率的归算因子为当磁路中的磁势、磁通为正弦量时，归算因子为jω；即：电有功功率的表达式为:电无功功率的表达式为电复功率的表达式为本专利技术采用以上技术方案，与现有技术相比的有益效果如下：1.本专利技术所提出的磁路功率计算方法，能够通过磁路矢量计算并分析磁路中的虚拟功率，进而归算出磁路的电功率。当无法通过电路矢量计算电功率时，可以通过磁路矢量求解电功率，为功率的计算、分析提供了一条新路径。2.本专利技术所提出的磁路矢量图，能够清晰地展示磁路中各个矢量的幅值与相位关系，在任意方向上实现对磁路矢量的合成、分解，可以有效地表示出磁路矢量的虚拟有功分量以及虚拟无功分量，方便科研人员对磁路进行分析计算。3.根据磁路的实际功率的设计需求，可以绘制出本专利技术所提出的磁路矢量图，通过改变磁路矢量的虚拟有功分量或虚拟无功分量，有目的地改变磁路矢量的大小和方向，进而改变磁路的电有功功率或电无功功率。附图说明图1为本专利技术的等效磁路矢量模型。图2为本专利技术的磁路矢量图。图3为本专利技术的磁路功率计算流程图。图4为加入磁感元件后被测磁路的励磁电流与磁通波形。图5为实际测量电功率和应用本专利技术所归算出电功率的对比图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。本专利技术提出了一种磁路功率的计算方法，其核心内容是在等效磁路矢量模型的基础上，通过所提出的磁路矢量图对磁路中的磁势、磁通、磁阻、磁抗进行分析，对偶电路中的有功功率、无功功率、复功率，提出了磁路的虚拟有功功率、虚拟无功功率、虚拟复功率的计算方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁路功率的计算方法，其特征在于，具体过程如下：/nS1、当被测磁路稳定运行时，计算磁路中的磁势

【技术特征摘要】
1.一种磁路功率的计算方法，其特征在于，具体过程如下：
S1、当被测磁路稳定运行时，计算磁路中的磁势和磁通
S2、根据公式求解磁路的磁阻抗值Zmc和磁阻抗角
S3、求解磁路磁阻值、磁抗值、磁感值，计算公式分别为：

Xmc＝jωLmc；
其中，Rmc为电感元件所匝链磁路的磁阻值，Xmc表示磁路的磁抗，Lmc表示磁感元件的磁感值，j表示虚数单位，ω为磁路中磁通变化的角频率；
S4、选择参考坐标系，绘制磁路矢量图；
S5、根据磁路矢量图，将磁路中的磁势对磁通进行正交分解，得到沿磁通方向的磁压降以及垂直磁通方向的磁压降
S6、由公式计算磁路的虚拟有功功率，由公式求计算磁路的虚拟无功功率；
S7、求解磁路的虚拟复功率具体公式为：



S8、根据磁路虚拟功率与电功率归算因子jω求解相应的电功率；即：
电有功功率Pe＝ωPmc，电无功功率Qe＝ωQmc，电复功率


2.根据权利要求1所述的一种磁路功率的计算方法，其特征在于，还包括在S6计算磁路的虚拟有功功率、无功功率之前，对包含磁感元件的磁路拓扑是否满足磁路欧姆定律进行验证，即：



其中，j表示虚数单位，Rmc为电感元件所匝链磁路的磁阻值，ω为磁路中磁通变化的角频率，Lmc表示磁感元件的磁感值，表示磁路中的磁通矢量，表示磁路中的磁势矢量。


3.如权利要求1所述的一种磁路功率的计...

【专利技术属性】
技术研发人员：程明，王政，朱新凯，秦伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32