基于三维电磁耦合网络的定子换位绕组瞬态环流计算方法技术

基于三维电磁耦合网络的定子换位绕组瞬态环流计算方法，涉及并绕换位股线瞬态环流计算技术领域。本发明专利技术是为了解决目前并绕换位股线环流计算时，主磁场、磁场非线性与时变性对计算影响大，计算时考虑其影响会导致计算难度大，而不考虑其影响又会导致最终计算结果误差大的问题。本发明专利技术拟合一个定子齿槽范围内的瞬态铁心磁导率与边界瞬态矢量磁位。建立相同一个定子齿槽区域的三维线性瞬态磁网络，并固定瞬态铁心磁导率与边界瞬态矢量磁位，可以实现线性求解电机非线性时变电磁场，通过定子并绕换位股线三维瞬态电网络与三维线性瞬态磁网络直接耦合，在考虑电机主磁场与磁场非线性与时变性的影响下，实现定子不同换位结构并绕股线环流的计算。线环流的计算。线环流的计算。

【技术实现步骤摘要】
基于三维电磁耦合网络的定子换位绕组瞬态环流计算方法


[0001]本专利技术属于并绕换位股线瞬态环流计算


技术介绍

[0002]由电机磁场不均匀分布，导致定子并绕股线间产生的环流会严重影响绕组绝缘的寿命。为了减小环流，并绕股线之间采用编织换位结构。同时，定子并绕换位股线之间瞬态环流的准确计算也是电机定子绕组设计与安全运行的前提。
[0003]一方面，股线换位是建立在复杂的电机全域三维空间模型上；另一方面，电机内部瞬态磁场受到定转子相对运动、主磁场、铁磁材料非线性及饱和程度等复杂因素决定。因此，对于定子并绕换位股线环流的计算本身就是一个难点，考虑电机实际运行时主磁场、磁场非线性与时变性的影响更是一个挑战。目前，并绕换位股线环流计算时，仅以单槽为例，忽略主磁场、铁心的非线性与时变性条件下，对时谐场下稳态环流进行求解，会导致计算结果误差较大，因此迫切需要研究一种考虑电机主磁场与非线性时变磁场下，定子并绕换位股线瞬态环流的快速计算方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决目前并绕换位股线环流计算时，主磁场、磁场非线性与时变性对计算影响大，计算时考虑其影响会导致计算难度大，而不考虑其影响又会导致最终计算结果误差大的问题，现提供基于三维电磁耦合网络的定子换位绕组瞬态环流计算方法。
[0005]基于三维电磁耦合网络的定子换位绕组瞬态环流计算方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一：根据电机实际参数建立电机二维全域模型，并利用二维时步场路耦合有限元法模拟电机的二维非线性瞬态电磁场，获得一个周期的定子绕组电流；
[0007]步骤二：在一个周期的定子绕组电流中获得t时刻定子绕组瞬态电流，并依据电机二维全域模型的瞬态电磁场进行插值拟合获得一个定子齿槽区域内t时刻边界瞬态矢量磁位和t时刻瞬态铁心磁阻率；
[0008]步骤三：沿电机定子轴向、以定子绕组换位节距为单位，将电机一个定子齿槽区域的模型离散为多个离散段，每个离散段的首端面为离散截面，在每个离散截面上划分多个网格，所有离散截面上的网格共同构成三维线性瞬态磁网络，每个网格的节点均作为三维线性瞬态磁网络的节点，
[0009]其中，位于定子绕组部分的网格为矩形，位于定子空气部分和铁心部分的网格均为环扇形，所有网格高度均小于等于股线高度，位于定子空气部分的节点为空气节点，位于定子铁心部分的节点为铁心节点，位于定子绕组部分的节点为并绕股线节点；
[0010]步骤四：将步骤二获得的t时刻边界瞬态矢量磁位赋值给位于每个离散截面边界的铁心节点和空气节点，将步骤二获得的t时刻瞬态铁心磁阻率赋值给所有铁心节点，以三维线性瞬态磁网络中非边界铁心节点的t时刻瞬态矢量磁位为未知量，建立三维线性瞬态磁网络每个节点的方程；
[0011]步骤五：根据所有离散段中股线的并绕换位结构建立等效电路，将该等效电路作为三维瞬态电网络，该三维瞬态电网络中每条支路均对应一根定子绕组股线；
[0012]步骤六：以股线支路电流为未知量，建立三维瞬态电网络每根股线的回路电流方程；
[0013]步骤七：以三维瞬态电网络中每根股线的槽部感应电势为耦合项，将三维线性瞬态磁网络每个节点的方程与三维瞬态电网络每根股线的回路电流方程进行耦合，获得以t时刻每根股线的电流和t时刻瞬态矢量磁位为未知量的三维瞬态电磁耦合网络方程；
[0014]步骤八：采用迭代法对三维瞬态电磁耦合网络方程进行求解，直至相邻两次迭代误差小于0.01％为止，则将迭代结束时每根股线的电流矩阵作为t时刻每根股线的电流；
[0015]步骤九：根据t时刻每根股线的电流计算t时刻定子换位绕组瞬态环流；
[0016]步骤十：使t＝t+1，然后返回步骤二，直至获得一段所需时间段内定子换位绕组瞬态环流曲线为止。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]1、本专利技术提出了基于三维电磁耦合网络的定子换位绕组瞬态环流计算方法，将磁场非线性迭代问题转化为线性直接求解，创新性地考虑了电机主磁场、磁场非线性与时变性的影响。
[0019]2、本专利技术提出了三维瞬态电磁耦合网络模型，以感应电势为耦合项，将定子并绕换位股线三维瞬态电网络与三维线性瞬态磁网络直接耦合在一起，相对于间接耦合，本专利技术省去了迭代套迭代的过程，使得计算更加简单精确，更易收敛。
[0020]3、本专利技术提出了一种能够考虑电机主磁场及定子铁心磁场非线性与时变性影响下，定子不同换位结构下并绕换位股线瞬态环流的快速、准确计算方法，相较于传统方法，计算结果更接近电机实际运行下的定子并绕换位股线环流瞬态变化情况，易于实现程序化、便于工程应用。
附图说明
[0021]图1为本专利技术基于三维电磁耦合网络的定子换位绕组瞬态环流计算方法的流程图；
[0022]图2为电机一个定子齿槽区域离散截面上的磁网络模型示意图；
[0023]图3为矩形网格示意图；
[0024]图4为环扇形网格示意图；
[0025]图5为三维瞬态电网络示意图；
[0026]图6为二维非线性瞬态电磁场场路耦合模型示意图。
具体实施方式
[0027]参照图1至6具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于三维电磁耦合网络的定子换位绕组瞬态环流计算方法，包括以下步骤：
[0028]步骤一：
[0029]根据电机实际参数建立电机二维全域模型，并利用二维时步场路耦合有限元法模拟电机的二维非线性瞬态电磁场，获得一个周期的定子绕组电流。
[0030]步骤二：
[0031]在一个周期的定子绕组电流中获得t时刻定子绕组瞬态电流，并依据电机二维全域模型的瞬态电磁场进行插值拟合获得一个定子齿槽区域内t时刻边界瞬态矢量磁位和t时刻瞬态铁心磁阻率。
[0032]上述步骤一所述电机二维全域模型和二维非线性瞬态电磁场，以及步骤二中定子绕组瞬态电流、边界瞬态矢量磁位和瞬态铁心磁导率，均通过有限元仿真软件获得，例如ansys仿真软件。
[0033]步骤三：
[0034]将定子沿周向平均划分为多个区域，每个区域均包括一个定子齿槽，作为一个定子齿槽区域的模型。沿电机定子轴向、以定子绕组换位节距为单位，将电机一个定子齿槽区域的模型离散为S个离散段。每个离散段的首端面为离散截面，则离散截面的数量也为S。在每个离散截面上划分多个网格，所有离散截面上的网格共同构成三维线性瞬态磁网络，三维线性瞬态磁网络中共有N根股线。每个网格的节点均作为三维线性瞬态磁网络的节点。每个截面共有M个节点，S个离散截面共有m＝SM个节点。
[0035]其中，位于定子绕组部分的网格为矩形，位于定子空气部分和铁心部分的网格均为环扇形，所有网格高度均小于等于股线高度，位于定子空气部分的节点为空气节点，位于定子铁心部分的节点为铁心节点，位于定子绕组部分的节点为并绕股线节点。
[0036]步骤四：
[0037]将步骤二获得的t时刻边界瞬态矢量磁位赋值给位于每个离散截面边界的铁心节点和空气节点，将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于三维电磁耦合网络的定子换位绕组瞬态环流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：根据电机实际参数建立电机二维全域模型，并利用二维时步场路耦合有限元法模拟电机的二维非线性瞬态电磁场，获得一个周期的定子绕组电流；步骤二：在一个周期的定子绕组电流中获得t时刻定子绕组瞬态电流，并依据电机二维全域模型的瞬态电磁场进行插值拟合获得一个定子齿槽区域内t时刻边界瞬态矢量磁位和t时刻瞬态铁心磁阻率；步骤三：沿电机定子轴向、以定子绕组换位节距为单位，将电机一个定子齿槽区域的模型离散为多个离散段，每个离散段的首端面为离散截面，在每个离散截面上划分多个网格，所有离散截面上的网格共同构成三维线性瞬态磁网络，每个网格的节点均作为三维线性瞬态磁网络的节点，其中，位于定子绕组部分的网格为矩形，位于定子空气部分和铁心部分的网格均为环扇形，所有网格高度均小于等于股线高度，位于定子空气部分的节点为空气节点，位于定子铁心部分的节点为铁心节点，位于定子绕组部分的节点为并绕股线节点；步骤四：将步骤二获得的t时刻边界瞬态矢量磁位赋值给位于每个离散截面边界的铁心节点和空气节点，将步骤二获得的t时刻瞬态铁心磁阻率赋值给所有铁心节点，以三维线性瞬态磁网络中非边界铁心节点的t时刻瞬态矢量磁位为未知量，建立三维线性瞬态磁网络每个节点的方程；步骤五：根据所有离散段中股线的并绕换位结构建立等效电路，将该等效电路作为三维瞬态电网络，该三维瞬态电网络中每条支路均对应一根定子绕组股线；步骤六：以股线支路电流为未知量，建立三维瞬态电网络每根股线的回路电流方程；步骤七：以三维瞬态电网络中每根股线的槽部感应电势为耦合项，将三维线性瞬态磁网络每个节点的方程与三维瞬态电网络每根股线的回路电流方程进行耦合，获得以t时刻每根股线的电流和t时刻瞬态矢量磁位为未知量的三维瞬态电磁耦合网络方程；步骤八：采用迭代法对三维瞬态电磁耦合网络方程进行求解，直至相邻两次迭代误差小于0.01％为止，则将迭代结束时每根股线的电流矩阵作为t时刻每根股线的电流；步骤九：根据t时刻每根股线的电流计算t时刻定子换位绕组瞬态环流；步骤十：使t＝t+1，然后返回步骤二，直至获得一段所需时间段内定子换位绕组瞬态环流曲线为止。2.根据权利要求1所述的基于三维电磁耦合网络的定子换位绕组瞬态环流计算方法，其特征在于，所述电机二维全域模型、二维非线性瞬态电磁场、定子绕组瞬态电流、边界瞬态矢量磁位和瞬态铁心磁导率均通过有限元仿真软件获得。3.根据权利要求1所述的基于三维电磁耦合网络的定子换位绕组瞬态环流计算方法，其特征在于，当第i个节点为非边界节点时，三维线性瞬态磁网络中t时刻第k个离散截面上第i个节点的方程表达式如下：其中，和分别为t时刻第k个离散截面上与第i个节点相邻的四个节点
支路上的磁阻，和分别为t时刻第k个离散截面上与第i个节点相邻的四个节点的瞬态矢量磁位，为t时刻第k个离散截面上第i个节点的瞬态矢量磁位，为t时刻第k个离散截面上第i个节点的磁动势，i和k均为正整数，当第i个节点为边界节点时，三维线性瞬态磁网络中t时刻第k个离散截面上第i个节点的方程表达式如下：4.根据权利要求3所述的基于三维电磁耦合网络的定子换位绕组瞬态环流计算方法，其特征在于，当第i个非边界节点所在网格为矩形时，与其相邻的四个节点支路上的磁阻表达式分别如下：其中，和分别为t时刻第k个离散截面上第i个节点所在四个网格的瞬态铁心磁阻率，h1、h2、h3和h4分别为第i个节点与其相邻的四个节点之间的距离；当第i个非边界节点所在网格为环扇形时，与其相邻的四...

【专利技术属性】
技术研发人员：边旭，赵艳，梁艳萍，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：