CN111190128B - 一种磁阻电机铁磁材料bh特性检测算法 - Google Patents

一种磁阻电机铁磁材料bh特性检测算法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电机铁磁材料技术领域，特别涉及一种磁阻电机铁磁材料BH特性检测算法。将开关磁阻电机对齐位置磁链特性划分为两个区域，区域I通过磁路的基尔霍夫定律反推出线性区BH特性，区域II采用递推法与安培环路定律计算出非线性区BH特性。本方法计算速度快，方法简单，易于实现，仅需要对齐位置磁链特性；适用性好，三相12/8极SRM与四相8/6极SRM均得到了较为准确的结果；利用计算得到的BH特性曲线可以大幅度提高仿真精度。

Description

一种磁阻电机铁磁材料BH特性检测算法
技术领域
本发明属于电机铁磁材料技术领域，特别涉及一种磁阻电机铁磁材料BH特性检测算法。
背景技术
电机的电磁特性受到电机尺寸与材料的影响。当前加工工艺精度较高，使得电机尺寸加工引入的误差较少。而大量的研究表明，电机的材料在加工成硅钢片时，加工过程会对材料特性产生影响。例如，机械切割产生的塑性变型和激光切割产生的热应力，这些都会使电机实际的BH特性与原本的材料特性不同。因此，在使用有限元软件对电机电磁特性进行仿真时，会出现仿真和实验获得的电磁特性不能很好的吻合的情况。为了能够更加精确地分析电机的性能，在利用有限元法对电机的性能进行分析之前，通过实验或是其他方法获得电机材料特性是十分必要的。
发明内容
针对目前存在的问题，提出一种磁阻电机铁磁材料BH特性检测算法。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种磁阻电机铁磁材料BH特性检测算法，将开关磁阻电机对齐位置磁链特性划分为两个区域，区域I通过磁路的基尔霍夫定律反推出线性区BH特性，区域II采用递推法与安培环路定律计算出非线性区BH特性，步骤一：测量对齐位置导通相电压、电流值，利用式(1)计算得到对齐位置磁链数据ψa；
Figure BDA0001866547350000011
其中，ψ(0)是初始磁链，由于硅钢材料剩磁较小，通常将ψ(0)取为0；u、i和r分别为开关磁阻电机的相电压、相电流和相电阻；
步骤二：利用辅助线将开关磁阻电机对齐位置磁链特性与相电流关系划分为两个区域，分别命名为非饱和区与饱和区；
步骤三：在非饱和区时，磁场未饱和，磁路中所有铁芯部分的磁导率是相同的，利用式(2)计算；
Figure BDA0001866547350000021
式中，uu为线性区磁导率，ug为气隙磁导率，Asy为定子磁轭截面积，Asp为定子磁极截面积，Arp为转子磁极截面积，Ary为转子磁轭截面积，Ag为气隙截面积，lsy为磁路通过的定子磁轭长度，lsp为磁路通过的定子磁极的长度，lrp为磁路通过的转子磁极长度，lry为磁路通过的转子磁轭长度，lg为磁路通过的气隙长度，φ为磁通，N为电机绕组匝数，i为相电流；
步骤四：通过式(3)，利用对齐位置磁链特性推导出Bsp，并利用步骤三计算得到的磁导率推到出线性区的磁场强度，计算公式见式(4)；
Figure BDA0001866547350000022
Figure BDA0001866547350000023
式中，Bsp为定子磁密，Asp为定子截面积，N为绕组匝数，ψ为磁链，Hsp为磁场强度，uu为线性区磁导率；
步骤五：利用靠近线性区的第一个磁链值计算得到Bsp，随后推导出其他位置的磁密与磁场强度，见式(5)～(12)；计算当前磁链值下的定子磁密，从而使得电机其他部分的磁密处于已知的BH特性中；
Figure BDA0001866547350000024
Figure BDA0001866547350000031
Figure BDA0001866547350000032
Figure BDA0001866547350000033
Figure BDA0001866547350000034
Figure BDA0001866547350000035
Figure BDA0001866547350000036
Figure BDA0001866547350000037
式中，Bsp为定子磁密，Asp为定子截面积，Bsy为定子磁轭磁密，Asy为定子磁轭截面积，Bry为转子磁轭磁密，Ary为转子磁轭截面积，Brp为转子磁密，Arp为转子截面积，Bg为气隙磁密，Ag为气隙截面积，Hsy为定子磁轭磁场强度，Hry为转子磁轭磁场强度，Hrp为转子磁场强度，Hg为气隙磁场强度，Ag为磁路穿过气隙的截面积，ug为气隙磁导率，Φ为磁通；
步骤六：利用式(13)计算得到定子极磁场强度，
Figure BDA0001866547350000038
式中，lsy为磁路通过的定子磁轭长度，lsp为磁路通过的定子磁极的长度，lrp为磁路通过的转子磁极长度，lry为磁路通过的转子磁轭长度，lg为磁路通过的气隙长度，N为电机绕组匝数，i为相电流；Hsy为定子磁轭磁场强度，Hry为转子磁轭磁场强度，Hrp为转子磁场强度，Hg为气隙磁场强度；
步骤七：不断重复步骤五与步骤六，并逐步选择下一个靠近计算得到的已知区域的BH特性，计算出电机的BH材料特性；处于非线性区的计算得到的已知BH特性，可通过线性插值得到磁场强度，用于式(13)的计算，非线性区磁场强度计算公式如(14)所示；式中，B处于区间[Bsp0,Bsp1]中，其他区间可通过类似公式进行推导；应注意式(14)中的Hsp0,Hsp1,Bsp0,Bsp1是根据B所处区间进行选择的；
Figure BDA0001866547350000041
一种磁阻电机铁磁材料BH特性检测算法，所属步骤五中，开关磁阻电机定子磁密通常为最大值，选取靠近线性区的磁链特性。
本发明的有益效果为：
1.方法计算速度快。
2.方法简单，易于实现。仅需要对齐位置磁链特性；
3.适用性好。三相12/8极SRM与四相8/6极SRM均得到了较为准确的结果；
4.利用计算得到的BH特性曲线可以大幅度提高仿真精度。
附图说明
图1为对齐位置磁链特性线性区与非线性区划分；
图2为图1中对应P0，P1与P2的计算结果。
具体实施方式
本发明具体实施例如下：
一种磁阻电机铁磁材料BH特性检测算法，将开关磁阻电机对齐位置磁链特性划分为两个区域，区域I为非饱和区域，通过磁路的基尔霍夫定律反推出线性区BH特性，区域II为饱和区域，采用递推法与安培环路定律计算出非线性区BH特性。具体步骤如下：
步骤一：测量对齐位置导通相电压、电流值，利用式(1)计算得到对齐位置磁链数据ψa。
Figure BDA0001866547350000051
其中，ψ(0)是初始磁链，由于硅钢材料剩磁较小，通常将ψ(0)取为0；u、i和r分别为开关磁阻电机的相电压、相电流和相电阻。
步骤二：利用辅助线将开关磁阻电机对齐位置磁链特性与相电流关系划分为两个区域，分别命名为非饱和区与饱和区。
步骤三：在非饱和区时，磁场未饱和，磁路中所有铁芯部分的磁导率是相同的，利用式(2)计算。
Figure BDA0001866547350000052
式中，uu为线性区磁导率，ug为气隙磁导率，Asy为定子磁轭截面积，Asp为定子磁极截面积，Arp为转子磁极截面积，Ary为转子磁轭截面积，Ag为气隙截面积，lsy为磁路通过的定子磁轭长度，lsp为磁路通过的定子磁极的长度，lrp为磁路通过的转子磁极长度，lry为磁路通过的转子磁轭长度，lg为磁路通过的气隙长度，φ为磁通，N为电机绕组匝数，i为相电流。
步骤四：通过式(3)，利用对齐位置磁链特性推导出Bsp，并利用步骤三计算得到的磁导率推到出线性区的磁场强度，计算公式见式(4)。
Figure BDA0001866547350000053
Figure BDA0001866547350000054
式中，Bsp为定子磁密，Asp为定子截面积，N为绕组匝数，ψ为磁链，Hsp为磁场强度，uu为线性区磁导率。
步骤五：利用靠近线性区的第一个磁链值计算得到Bsp，随后推导出其他位置的磁密与磁场强度，见式(5)～(12)。应注意，开关磁阻电机定子磁密通常为最大值，要选取靠近线性区的磁链特性，计算当前磁链值下的定子磁密，从而使得电机其他部分的磁密处于已知的BH特性中。
Figure BDA0001866547350000061
Figure BDA0001866547350000062
Figure BDA0001866547350000063
Figure BDA0001866547350000064
Figure BDA0001866547350000065
Figure BDA0001866547350000066
Figure BDA0001866547350000067
Figure BDA0001866547350000068
式中，Bsp为定子磁密，Asp为定子截面积，Bsy为定子磁轭磁密，Asy为定子磁轭截面积，Bry为转子磁轭磁密，Ary为转子磁轭截面积，Brp为转子磁密，Arp为转子截面积，Bg为气隙磁密，Ag为气隙截面积，Hsy为定子磁轭磁场强度，Hry为转子磁轭磁场强度，Hrp为转子磁场强度，Hg为气隙磁场强度，Ag为磁路穿过气隙的截面积，ug为气隙磁导率，Φ为磁通。
步骤六：利用式(13)计算得到定子极磁场强度
Figure BDA0001866547350000069
式中，lsy为磁路通过的定子磁轭长度，lsp为磁路通过的定子磁极的长度，lrp为磁路通过的转子磁极长度，lry为磁路通过的转子磁轭长度，lg为磁路通过的气隙长度，N为电机绕组匝数，i为相电流。Hsy为定子磁轭磁场强度，Hry为转子磁轭磁场强度，Hrp为转子磁场强度，Hg为气隙磁场强度。
步骤七：不断重复步骤五与步骤六，并逐步选择下一个靠近计算得到的已知区域的BH特性，即可计算出电机的BH材料特性。处于非线性区的计算得到的已知BH特性，可通过线性插值得到磁场强度，用于式(13)的计算，非线性区磁场强度计算公式如(14)所示。式中，B处于区间[Bsp0,Bsp1]中，其他区间可通过类似公式进行推导。应注意式(14)中的Hsp0,Hsp1,Bsp0,Bsp1是根据B所处区间进行选择的。
Figure BDA0001866547350000071

Claims (2)

1.一种磁阻电机铁磁材料BH特性检测算法，将开关磁阻电机对齐位置磁链特性划分为两个区域，区域I为非饱和区域，通过磁路的基尔霍夫定律反推出线性区BH特性，区域II为饱和区域，采用递推法与安培环路定律计算出非线性区BH特性，其特征在于：本算法包括七个步骤，步骤一，测量电压电流、并计算对齐位置磁链数据，步骤二，利用辅助线划分区域，步骤三，非饱和区磁导率计算，步骤四，计算定子磁场强度，步骤五，计算当前磁链值下的定子磁密，步骤六，计算定子极磁场强度，步骤七，计算出电机的BH材料特性；
所述步骤一：测量对齐位置导通相电压、电流值，利用式(1)计算得到对齐位置磁链数据ψa；
Figure FDA0003776408770000011
其中，ψ(0)是初始磁链，由于硅钢材料剩磁较小，通常将ψ(0)取为0；u、i和r分别为开关磁阻电机的相电压、相电流和相电阻；
所述步骤二：利用辅助线将开关磁阻电机对齐位置磁链特性与相电流关系划分为两个区域，分别命名为非饱和区与饱和区；
所述步骤三：在非饱和区时，磁场未饱和，磁路中所有铁芯部分的磁导率是相同的，利用式(2)计算；
Figure FDA0003776408770000012
式中，μu为线性区磁导率，μg为气隙磁导率，Asy为定子磁轭截面积，Asp为定子截面积，Arp为转子截面积，Ary为转子磁轭截面积，Ag为磁路穿过气隙的截面积，lsy为磁路通过的定子磁轭长度，lsp为磁路通过的定子磁极的长度，lrp为磁路通过的转子磁极长度，lry为磁路通过的转子磁轭长度，lg为磁路通过的气隙长度，φ为磁通，N为电机绕组匝数，i为相电流；
所述步骤四：通过式(3)，利用对齐位置磁链特性推导出Bsp，并利用步骤三计算得到的磁导率推导出定子磁场强度，计算公式见式(4)；
Figure FDA0003776408770000021
Figure FDA0003776408770000022
式中，Bsp为定子磁密，ψ为磁链，Hsp为定子磁场强度；
所述步骤五：利用靠近线性区的第一个磁链值计算得到Bsp，随后推导出其他位置的磁密与磁场强度，见式(5)～(12)；计算当前磁链值下的定子磁密，从而使得电机其他部分的磁密处于已知的BH特性中；
Figure FDA0003776408770000023
Figure FDA0003776408770000024
Figure FDA0003776408770000025
Figure FDA0003776408770000026
Figure FDA0003776408770000027
Figure FDA0003776408770000028
Figure FDA0003776408770000029
Figure FDA00037764087700000210
式中，Bsy为定子磁轭磁密，Bry为转子磁轭磁密，Brp为转子磁密，Bg为气隙磁密，Hsy为定子磁轭磁场强度，Hry为转子磁轭磁场强度，Hrp为转子磁场强度，Hg为气隙磁场强度；
所述步骤六：利用式(13)计算得到定子极磁场强度Hsq，
Figure FDA0003776408770000031
所述步骤七：不断重复步骤五与步骤六，并逐步选择下一个靠近计算得到的已知区域的BH特性，计算出电机的BH材料特性；处于非线性区的计算得到的已知BH特性，可通过线性插值得到磁场强度，非线性区磁场强度计算如式(14)所示；式中，B处于区间[Bsp0,Bsp1]中，其他区间可通过类似公式进行推导；应注意式(14)中的Hsp0,Hsp1,Bsp0,Bsp1是根据B所处区间进行选择的；
Figure FDA0003776408770000032
2.如权利要求1所述的一种磁阻电机铁磁材料BH特性检测算法，其特征在于：所述步骤五中，开关磁阻电机定子磁密为最大值，选取靠近线性区的磁链特性。
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