基于相位抵消的电机齿谐波增大转矩脉动降低的实现方法技术

基于相位抵消的电机齿谐波增大转矩脉动降低的实现方法，它涉及电机技术领域，针对电机优化设计时虽优化后转矩脉动有所降低，但气隙磁密中部分主要齿谐波幅值不全降低且谐波畸变率有所增加的情况，给予了新的气隙磁密齿谐波研究思路。本发明专利技术不仅分析了优化前后主要齿谐波幅值变化，还在空间中对其相位变化进行了深入分析，在电机优化时，齿谐波不仅会有幅值变化，还有相位变化，谐波峰值位置也会随相位变化而发生改变，导致各阶次齿谐波在合成时发生相位抵消，降低谐波对基波的影响。本发明专利技术同时也给出了齿谐波波形的拟合公式，便于对比优化前后主要齿谐波幅值与相位变化，为电机气隙磁场中更全面的谐波研究奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
基于相位抵消的电机齿谐波增大转矩脉动降低的实现方法
本专利技术涉及电机
，具体是为深入研究降低转矩脉动的原因，从磁阻电机内部的气隙磁密中主要齿谐波的变化着手，在齿谐波幅值和相位变化中深入分析的基于相位抵消的电机齿谐波增大转矩脉动降低的实现方法。
技术介绍
在磁阻电机优化设计中，对气隙磁场的分析是尤为重要的，其与电机的性能密切相关，但由于气隙磁场中谐波的存在会使气隙磁密的波形产生严重畸变，将会大幅降低电机的电磁性能与转矩特性，所以对磁阻电机的优化，往往是对气隙磁密波形的优化。气隙磁场中的齿谐波是引起气隙磁密波形畸变的主要原因，但其绕组因数恒等于基波绕组因数，是无法通过分布和短距方式进行削弱的，只能通过电机结构优化达到降低齿谐波对基波的影响。但众多电机优化设计中，会存在这种情况：电机的转矩脉动通过优化虽已有大幅降低，但气隙磁密的谐波幅值却有增大有减小，且谐波畸变率有所增加。上述这种仅对齿谐波幅值的变化进行分析，并没有在空间中对其相位变化展开深入分析的行为是分析不够全面的，这样不全面的考虑将大大影响气隙磁密谐波优化的进展，无法解释优化前后谐波变化原因。这种错误的分析方式将会导致众多电机设计者产生齿谐波幅值全部降低才是对的这种错误观念，殊不知齿谐波的相位也会随着电机的优化发生改变，而增大或减小的齿谐波也会因相位的改变而导致的波形峰值位置随之发生变化，与其它阶次齿谐波的峰值产生错位达到相位抵消的效果，来降低或增大谐波对基波的影响。
技术实现思路
针对电机优化设计时出现的特殊情况，即在以抑制转矩脉动为目的，对磁阻电机结构进行优化设计时，虽优化后转矩脉动有所降低，但气隙磁密中部分主要齿谐波幅值却有所增大，谐波畸变率有所增加这一情况，本专利技术提供了基于相位抵消的电机齿谐波增大转矩脉动降低的实现方法，不仅从幅值上分析齿谐波的变化情况，还在空间中从相位抵消的角度更为全面的分析了齿谐波波形位置变化，为后续电机设计者提供更多的气隙磁密齿谐波分析方法。本专利技术的前提条件为在优化磁阻电机磁阻结构后，电动机的转矩脉动有所降低，达成前提条件的具体步骤为：步骤一：优化磁阻电机磁阻结构。磁阻电机的转矩脉动主要来源于定子开槽、转子设置磁障引起的磁阻不均匀和定、转子磁动势的相互作用，使用优化设计方法改变磁阻电机转子结构优化磁阻分布，从而降低定、转子磁动势的相互作用，并得到优化后的磁阻电机模型；步骤二：对比优化前后转矩脉动。通过Ansoft软件对优化前后的电机模型进行电磁仿真，得到优化前后的电机转矩波形，并将波形输出为xlxs格式，在Excel中运用Max函数、Min函数以及Average函数分别计算出电机稳定后的转矩最大值、最小值以及平均值，将转矩最大值减去转矩最小值与转矩平均值的比，记为转矩脉动Tripple。转矩脉动公式(1)：其中Tavg为平均电磁转矩值，Tmax为稳态下最大转矩值，Tmin为稳态下最小转矩值，设优化前的转矩脉动为Tripple1，优化后的转矩脉动为Tripple2，对比Tripple1与Tripple2的值，若Tripple2<Tripple1，继续进行分析，若Tripple2>Tripple1，则返回步骤一，重新优化磁阻电机转子结构，此步骤一和步骤二为此方法的前提条件，需使用电机优化设计者所用的优化设计方法确保转矩脉动有所降低；本专利技术在此前提上提出了基于相位抵消的电机齿谐波增大转矩脉动降低的实现方法，其特征在于：所述电机为磁阻电机，所述齿谐波为气隙磁密中齿谐波，所述方法针对磁阻电机在对磁阻结构优化过后，转矩脉动有所降低，但气隙磁密齿谐波不全降低且谐波畸变率有所增大的情况，所述方法的具体实现过程为：步骤一：对比优化前后气隙磁密波形。通过Ansoft软件对优化前后的电机模型进行电磁仿真，定、转子合成磁动势所产生的气隙磁场为：Bδ(θ，t)＝f(θ，t)Λ(θ，t)(2)式中：Bδ为气隙磁通密度；f为单位面积内的磁动势；Λ为单位面积内的气隙磁导；(θ，t)为关于时间t与电角度θ的变量，在对电机磁阻结构进行优化后，定、转子磁动势中的谐波将发生改变进而直接影响气隙磁场，运用Ansoft中的场计算器计算优化前后的气隙磁密波形，将优化前后气隙磁密的波形进行对比，对比优化前后波形畸变情况；步骤二：傅里叶分解优化前后气隙磁密。通过MATLAB将优化前后气隙磁密波形进行傅里叶分解，分解为一系列不同幅值、周期、相位的正弦波，得到基波和众多谐波的正弦波形，并读取各个波形的峰值，记为各阶次谐波的幅值A1、A2、A3...An，An为第n次谐波的幅值，得到优化前后的谐波幅值变化情况；步骤三：计算气隙磁密主要齿谐波阶次。对电机造成影响的气隙磁密主要齿谐波阶次可按照此步骤中的公式计算，对于整数槽分布绕组，主要齿谐波次数满足：而对于分数槽电机，每极每相槽数q为分数，令其满足公式(4)：其中D≠1，且为不可约分数，则三相分数槽电机主要齿谐波次数可以写为公式(5)：ν＝6kN±1(5)其中k为正整数，Ns为定子槽数，p为极对数，当k＝1时为一阶齿谐波，k＝2时为二阶齿谐波，…，k＝n时为n阶齿谐波，若二阶齿谐波以及之后阶次的齿谐波幅值过小(An＜0.03T)或该阶齿谐波的谐波阶次过大(ν＞50)则不再对其进行考虑，仅对谐波阶次较低(ν≤50)以及齿谐波幅值较大(An≥0.03T)的谐波进行分析，对于整数槽电机，设一阶齿谐波为其中含有第次与第次谐波，二阶齿谐波为其中含有第次与第次谐波，…，n阶齿谐波为其中含有第次与第次谐波；分数槽电机由于槽的特殊性，没有一阶齿谐波，k＝1实际为二阶齿谐波，k＝2时为三阶齿谐波，…，k＝n时为n+1阶齿谐波，将设其二阶齿谐波为ν1＝6N±1，其中含有第ν1-＝6N-1次与第ν1+＝6N+1次，三阶齿谐波为ν2＝6×2N±1，其中含有第ν2-＝6×2N-1与第ν2+＝6×2N+1次，…，n+1阶齿谐波为νn＝6nN±1，其中含有第νn-＝6×nN-1与第νn+＝6×nN+1次；步骤四：对比各个阶次齿谐波幅值变化：按照步骤三计算得出主要影响气隙磁密的齿谐波阶次，并读取其对应谐波阶次的幅值，即分别读取第νn-与第νn+次谐波的幅值An-、An+，其中νn-与νn+分别为步骤三中所述的第n次齿谐波中含有的两种不同阶次谐波，n为主要齿谐波次数，其中，第n次齿谐波为所包含的谐波阶次较低(ν≤50)且幅值较大(An≥0.03T)的各个齿谐波，对比优化前后各个阶次齿谐波幅值的变化，优化后电机的齿谐波将会出现三种情况：①均有所降低，②均有所增大，③有的降低有的增大，首先需要明确在对电机转子结构进行优化时，除谐波幅值会发生变化外，谐波相位也会发生变化，不可仅对幅值进行分析，还需在空间中对其相位进行全面分析，而由于谐波相位的改变，谐波的峰值位置将随之变化，所以在谐波合成时原有的谐波合成波形会发生改变，从而降低或增大谐波对基波的影响；步骤五：拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于相位抵消的电机齿谐波增大转矩脉动降低的实现方法，其特征在于：所述电机为磁阻电机，所述齿谐波为气隙磁密中齿谐波，所述方法针对磁阻电机在对磁阻结构优化过后，转矩脉动有所降低，但气隙磁密齿谐波不全降低的情况，所述方法的具体实现过程为：/n步骤一：/n对比优化前后气隙磁密波形：通过Ansoft软件对优化前后的电机模型进行电磁仿真，定、转子合成磁动势所产生的气隙磁场为：B

【技术特征摘要】
1.基于相位抵消的电机齿谐波增大转矩脉动降低的实现方法，其特征在于：所述电机为磁阻电机，所述齿谐波为气隙磁密中齿谐波，所述方法针对磁阻电机在对磁阻结构优化过后，转矩脉动有所降低，但气隙磁密齿谐波不全降低的情况，所述方法的具体实现过程为：
步骤一：
对比优化前后气隙磁密波形：通过Ansoft软件对优化前后的电机模型进行电磁仿真，定、转子合成磁动势所产生的气隙磁场为：Bδ(θ，t)＝f(θ，t)Λ(θ，t)，式中：Bδ为气隙磁通密度；f为单位面积内的磁动势；Λ为单位面积内的气隙磁导；(θ，t)为关于时间t与电角度θ的变量，在对电机磁阻结构进行优化后，定、转子磁动势中的谐波将发生改变进而直接影响气隙磁场，运用Ansoft中的场计算器计算优化前后的气隙磁密波形，将优化前后气隙磁密的波形进行对比，对比优化前后波形畸变情况；
步骤二：
傅里叶分解优化前后气隙磁密：通过MATLAB将优化前后气隙磁密波形进行傅里叶分解，分解为一系列不同幅值、周期、相位的正弦波，得到基波和众多谐波的正弦波形，并读取各个波形的峰值，记为各阶次谐波的幅值A1、A2、A3…An，An为第n次谐波的幅值，得到优化前后的谐波幅值变化情况；
步骤三：
计算气隙磁密主要齿谐波阶次：对电机造成影响的气隙磁密主要齿谐波阶次可按照此步骤中的公式计算，对于整数槽分布绕组，主要齿谐波次数满足y为谐波阶数，而对于分数槽电机，每极每相槽数q为分数，令其中D≠1，且为不可约分数，三相分数槽电机主要齿谐波次数记为v＝6kN±1，其中k为正整数，Ns为定子槽数，p为极对数，当k＝1时为一阶齿谐波，k＝2时为二阶齿谐波，…，k＝n时为n阶齿谐波，若二阶齿谐波以及之后阶次的齿谐波幅值过小(An＜0.03T)或该阶齿谐波的谐波阶次过大(y＞50)则不再对其进行考虑，仅对谐波阶次较低(y≤50)以及齿谐波幅值较大(An≥0.03T)的谐波进行分析，对于整数槽电机，设一阶齿谐波为其中含有第次与第次谐波，二阶齿谐波为其中含有第次与第次谐波，…，n阶齿谐波为其中含有第次与第次谐波；分数槽电机由于槽的特殊性，没有一阶齿谐波，k＝1实际为二阶齿谐波，k＝2时为三阶齿谐波，…，k＝n时为n+1阶齿谐波，将设其二阶齿谐波为ν1＝6N±1，其中含有第ν1-＝6N-1次与第ν1+＝6N+1次，三阶齿谐波为ν2＝6×2N±1，其中含有第ν2-＝6×2N-1与第ν2+＝6×2N+1次，…，n+1阶齿谐波为νn＝6nN±1，其中含有第νn-＝6×nN-1与第νn...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹恒佩，徐永明，常存存，庞松印，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23