[发明专利]一种永磁电机PWM谐波损耗的快速计算方法

说明书

本发明公开了一种永磁电机PWM谐波损耗的快速计算方法。首先采用静态有限元计算得到永磁电机硅钢片中的磁密分布；然后基于冻结增量张量磁阻率法构建永磁电机交流小信号模型，采用频域有限元法计算d、q轴高频谐波电压分别激励下，定、转子上的损耗因子，实现直接分别利用定、转子上的PWM电压频谱，快速计算定、转子上的PWM谐波铁耗；最后通过二次多项式拟合涡流损耗因子随基波电流的变化关系，实现永磁电机在整个工作范围内PWM谐波铁耗的快速计算。本发明克服了现有技术耗时多的缺点，且兼具准确性与快速性。

技术领域

本发明属于永磁电机领域，特别涉及了一种永磁电机PWM谐波损耗的计算方法。

背景技术

为实时调节永磁电机的输出功率和转速，永磁电机通常都是与PWM(Pulse WidthModulated，脉宽调制)电压源型逆变器配合使用的。而另一方面PWM电压源型逆变器所产生的电压谐波会在硅钢片中感应出额外的PWM谐波铁耗，从而增加电机的损耗，引起效率下降和温升提高。因此设计人员在设计电机时需要对这一现象进行准确的建模计算，为优化设计奠定基础。

目前通过以PWM电压源为输入的场路耦合有限元计算、并结合解析铁耗模型的方法需要采用很小的步长来分辨高频PWM谐波电压，这使得以该方法在计算铁耗时非常耗时。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种永磁电机PWM谐波损耗的快速计算方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种永磁电机PWM谐波损耗的快速计算方法，包括以下步骤：

(1)对于永磁电机，已知其在某个工况下所需的d、q轴基波电流为i_d0和i_q0，以d、q轴基波电流为输入，在转子位置角θ_e处进行一步静态有限元计算；

(2)基于冻结张量增量磁导率法构建永磁电机线性交流小信号模型；

(3)利用构建的永磁电机小信号模型，计算在d轴谐波电压激励下，定子上的涡流损耗因子和转子上的涡流损耗因子

(4)利用构建的永磁电机小信号模型，计算在q轴谐波电压激励下，定子上的涡流损耗因子和转子上的涡流损耗因子

(5)上述四个损耗因子和均是转子位置角θ_e的周期函数，重复步骤(1)-(4)，进行若干步不同θ_e时的计算，得到四个损耗因子在不同θ_e时的平均值，分别记为和

(6)改变i_d0和i_q0，重复步骤(1)-(5)，计算不同工况、不同基波电流下的四个损耗因子的平均值；

(7)采用二次多项式拟合四个损耗因子随基波电流的变化关系；

(8)对于永磁电机转矩-转速图上的任意一个工作点，首先确定在此工作点的i_d0和i_q0，代入步骤(7)中的拟合公式计算该工况下的损耗因子；

(9)对于步骤(8)中的工作点，根据逆变器参数和调制策略进一步确定输入永磁电机的PWM谐波频谱，并通过坐标变换得到定子坐标系下的PWM电压频谱和转子坐标系下的电压频谱；

(10)分别利用定、转子坐标系下的PWM电压频谱，计算各次谐波在定、转子上产生的PWM谐波损耗；

(11)将除基波分量之外的所有谐波分量所产生的损耗叠加，分别得到定子和转子上总的谐波损耗；

(12)对于永磁电机转矩-转速图上的各个工作点，重复步骤(8)-(11)得到所有工作点的PWM谐波损耗。