一种用于利兹绕组的环流损耗的分析优化方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种用于利兹绕组的环流损耗的分析优化方法，涉及绕组铜损分析及绕组设计领域，能够在高频交变磁场下对利兹绕组的环流损耗进行分析，降低利兹绕组环流损耗分析的复杂程度。本发明专利技术包括：获取待分析的利兹绕组的结构参数集合，并建立所述待分析的利兹绕组的结构参数随轴向长度变化的坐标函数模型；建立电机二维有限元模型，并采样得到电机槽内不同位置的电压和电感参数；利用所述坐标函数模型和采样得到电压参数和电感参数，确定利兹绕组的每股绞绕线束对应的电压和电感；将所获取的每股绞绕线束对应的电压和电感，代入所述利兹绕组的阻抗矩阵，得到每股绞绕线束中的环流，再根据每股绞绕线束中的环流确定环流损耗。流损耗。流损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种用于利兹绕组的环流损耗的分析优化方法


[0001]本专利技术涉及绕组铜损分析及绕组设计领域，尤其涉及一种用于利兹绕组的环流损耗的分析优化方法。

技术介绍

[0002]电机的高速化可减小电机的体积重量，提高其功率密度，具有可与高速负载直接相连、省去传统的机械增速装置、减小系统噪音和提高系统传动效率等特点，在很多领域中都具有广阔的应用前景。随着转速的增加，其付出的代价是带来电机更高的损耗密度，包括铜损、铁损、风阻损耗。其中绕组的铜损在电机损耗中占据较大的比重，过高的铜损会带来严重的发热，导致绕组绝缘破坏，电机性能下降，严重时会毁坏电机。因此对于绕组的铜损研究是不可忽视的一个部分。
[0003]在高速电机中，绕组内的电流频率高，带来明显的集肤效应和邻近效应，引起较为严重的交流铜耗，使绕组局部温度上升，破坏绕组绝缘，危害电机安全运行。为了降低集肤效应或邻近效应的影响，高速电机通常会采用截面较小的导线，以多股并绕的方式组成一匝绕组，或使用利兹绕组，可以一定程度上消除集肤效应以及邻近效应的影响，减小涡流损耗，但会降低槽满率，并且会在线束之间带来环流。其中的环流损耗是指电机绕组采用多股并绕的形式时，在邻近效应和槽部漏磁的影响下，多股导线匝链的磁链存在差异，导致不同导线感应的电势不相等，这个电压的差异会在多股导线之间形成环流。对于高速工况下利兹绕组的铜损计算而言，环流损耗的分析计算是重中之重。
[0004]因此，如何在高频交变磁场下设计用于利兹绕组的环流损耗分析方式，降低利兹绕组环流损耗分析的复杂程度，成为了需要研究的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的实施例提供一种用于利兹绕组的环流损耗的分析优化方法，能够在高频交变磁场下对利兹绕组的环流损耗进行分析，降低利兹绕组环流损耗分析的复杂程度。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：
[0007]S1、获取待分析的利兹绕组的结构参数集合，并建立所述待分析的利兹绕组的结构参数随轴向长度变化的坐标函数模型；
[0008]S2、建立电机二维有限元模型，并采样得到电机槽内不同位置的电压和电感参数；
[0009]S3、利用S1中建立的所述坐标函数模型和S2中采样得到电压参数和电感参数，确定利兹绕组的每股绞绕线束对应的电压和电感；
[0010]S4、将S3中所获取的每股绞绕线束对应的电压和电感，代入所述利兹绕组的阻抗矩阵，得到每股绞绕线束中的环流，再根据每股绞绕线束中的环流确定环流损耗。
[0011]本专利技术实施例提供的用于利兹绕组的环流损耗的分析优化方法，基于利兹线的结构参数，推导得到利兹线各股绞绕线束的坐标位置；通过插值采样，得到非均匀非线性交变磁场中各处的电压与电感；结合利兹线各股绞绕线束的坐标位置，插值积分得到其电压与
电感；根据阻抗矩阵，精确计算得到其环流损耗。本专利技术所述的计算方法针对非均匀非线性磁场中，目前一般圆线的交流损耗计算方法不适用的问题，并绕/绞绕形式的绞合线，提出的一种新的交流损耗计算方法。对于利兹线而言，由于其绞合结构，涡流损耗几乎为零，可忽略不计。基于其结构参数和绞绕规律，可以插值得到各个位置下的电压与电感，从而代入阻抗矩阵计算得到其环流损耗。避免了传统的导线铜损解析公式难以准确且便捷地计算得到具有绞绕结构的利兹线各股绞绕线束的环流损耗，同时通过三维有限元仿真分析建模困难，耗时过长的问题，降低利兹绕组环流损耗分析的复杂程度。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0013]图1为本专利技术实施例提供的利兹绕组环流损耗的计算方法流程框图；
[0014]图2为本专利技术实施例提供的12/8极高速电励磁双凸极电机的结构及参数；
[0015]图3为本专利技术实施例提供的应用的矩形利兹绕组结构图；
[0016]图4为本专利技术实施例提供的应用的矩形利兹绕组截面图；
[0017]图5为本专利技术实施例提供的一个定子极下的利兹绕组示意图；
[0018]图6为本专利技术实施例提供的绕组连接图；
[0019]图7为本专利技术实施例提供的环流损耗随利兹绕组槽内长度变化曲线；
[0020]图8为本专利技术实施例提供的环流损耗随利兹绕组端部长度变化曲线；
[0021]图9为本专利技术实施例提供的环流损耗随利兹线绞距变化曲线；
[0022]图10为本专利技术实施例提供的环流损耗随利兹绕组跨接线长度变化曲线；
[0023]图11为本专利技术实施例提供的12/10极高速电励磁双凸极电机结构及参数；
[0024]图12为本专利技术实施例提供的应用的圆形利兹绕组实物图；
[0025]图13为本专利技术实施例提供的应用的圆形利兹绕组截面图；
[0026]图14为本专利技术实施例提供的环流损耗随利兹绕组端部长度变化曲线；
[0027]图15为本专利技术实施例提供的环流损耗随利兹绕组跨接线长度变化曲线；
[0028]图16为本专利技术实施例提供的不同复绞结构利兹线截面示意图；
[0029]图17为本专利技术实施例提供的不同复绞结构利兹绕组环流损耗随股级绞距的变化曲线；
[0030]图18为本专利技术实施例提供的方法流程示意图。
具体实施方式
[0031]在目前的研究中发现，当采用的换位方式不恰当时，仍会在绕组导线中产生的巨大的环流损耗。很多学者对利兹绕组的交流损耗也已经进行了相应的分析。其中有基于传统损耗计算原理对导线的交流电阻或交流损耗进行了解析推导，但多股并绕导线或利兹线的结构复杂，传统解析模型计算较为困难；同时也未考虑绞绕线束之间的环流。另外也有直接通过有限元建模进行仿真分析，但由于绞绕结构的三维建模较为困难，损耗计算耗时也
相对较长。因而对于利兹线的环流损耗，如何建立快速精确的数学模型，是一个亟待解决的关键问题，对于绕组结构优化设计、降低损耗的基础，对于进一步提高电机的效率和可靠性具有重要现实意义。基于以上分析，本实施例旨在提出一种高频交变磁场下，适用于利兹绕组的环流损耗计算方法，从而解决利兹绕组环流损耗计算复杂困难的问题，快速准确地得到其环流损耗，为绕组结构优化设计、降低损耗提供指导基础。具体来说，本专利技术实施例提供一种用于利兹绕组的环流损耗的分析优化方法，，适用于利兹绕组环流损耗的计算方法，旨在解决利兹绕组环流损耗计算复杂困难的问题，快速准确地得到其环流损耗，如图18所示，包括：
[0032]S1、获取待分析的利兹绕组的结构参数集合，并建立所述待分析的利兹绕组的结构参数随轴向长度变化的坐标函数模型；
[0033]S2、建立电机二维有限元模型，并采样得到电机槽内不同位置的电压和电感参数；
[0034]S3、利用S1中建立的所述坐标函数模型和S2中采样得到电压参数和电感参数，确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于利兹绕组的环流损耗的分析优化方法，其特征在于，包括：S1、获取待分析的利兹绕组的结构参数集合，并建立所述待分析的利兹绕组的结构参数随轴向长度变化的坐标函数模型；S2、建立电机二维有限元模型，并采样得到电机槽内不同位置的电压和电感参数；S3、利用S1中建立的所述坐标函数模型和S2中采样得到电压参数和电感参数，确定利兹绕组的每股绞绕线束对应的电压和电感；S4、将S3中所获取的每股绞绕线束对应的电压和电感，代入所述利兹绕组的阻抗矩阵，得到每股绞绕线束中的环流，再根据每股绞绕线束中的环流确定环流损耗。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S1中，所述待分析的利兹绕组的结构参数集合，包括：利兹线外圈截面长a、利兹线外圈截面宽b、利兹线内圈截面长c、利兹线内圈截面宽d、利兹线绞绕外圈股数n
o
、利兹线绞绕内圈股数n
i
、利兹线总绞绕股数n
total
、利兹线绞距L
t
、利兹绕组槽内长度L
s
、利兹绕组端部长度L
e
、利兹绕组跨接线长度L
c
、股间距离D、绕组匝数N
t
、绕组匝间距离y
gap
和电机极数p。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述待分析的利兹绕组的结构参数随轴向长度变化的坐标函数模型，包括：每股绞绕线束横纵坐标x
j
,y
j
随轴向长度l的变化情况x
j
(l),y
j
(l)；不同复绞结构的利兹绕组束级和股级横纵坐标，随轴向长度l的变化情况。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在S1所建立的坐标函数模型中，对于矩形截面的利兹绕组，其第j股绞绕线坐标x
j
(l),y
j
(l)表示为：其中，k＝0时，表示左侧槽内绕组，k＝1时，表示右侧槽内绕组，N表示第N匝绕组，f
x1
，f
y1
为第1股绞绕线的坐标函数，具体表示为：
利兹线中心位置为(x
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，蒋昊哲，张卓然，胡光源，于立，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：