CN113791345B - 一种交流铜耗计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流铜耗计算方法，属于永磁电机领域，包括：利用第一有限元模型提取基波电流和低次谐波电流作用下的槽漏磁场，代入第一损耗解析模型以计算基波、目标低次谐波电流和转子磁场同时作用下的第一涡流损耗；计算开关次谐波电流磁场单独作用下的第二涡流损耗，包括：将基波电周期划分为多个时间段，在每个时间段，提取基波、低次谐波电流磁场和转子磁场作用下定子铁心的多个分块的平均磁导率并代入第二有限元模型后，计算槽漏磁场，代入第二损耗解析模型以及计算涡流损耗；将各时间段内总涡流损耗的平均值作为第二涡流损耗；将第一和第二涡流损耗相加，得到交流铜耗。本发明能够在精确评估交流铜数值的同时，实现交流铜耗快速计算。

Description

一种交流铜耗计算方法

技术领域

本发明属于永磁电机领域，更具体地，涉及一种交流铜耗计算方法。

背景技术

近年来，随着电力电子技术和永磁材料的迅猛发展，永磁电机成为了新能源革命的研究热点。特别是逆变器供电的调速永磁同步电机，在工业伺服控制、电动汽车和多电飞机等领域得到了越来越广泛的应用。但是采用逆变器供电时，其产生的PWM电流谐波对于电机的影响不可忽视。随着上述场合对电机系统功率密度的指标提出了越来越高的要求，高频高速化成为了电机发展的重要方向。这使得电机PWM电流谐波的影响越来越显著，虽然可以通过提高开关频率来减少纹波，但这也使得开关电流谐波频率增加，过高的电流谐波频率会对交流铜耗带来显著的影响，因此准确评估逆变器供电下交流铜耗大小，成为了高功率密度电机设计的一项关键技术。

现有的计算永磁电机交流铜耗的方法主要分为两大类，即解析法和有限元法。解析法能够给出交流铜耗的解析表达式，计算较为简单高效，但是该解析表达式是在基于很多假设的情况下给出的，例如，假设不存在铁心饱和的影响，假设槽型为某一种特定形状，等等，因此，这些解析表达式并不能反映永磁电机真实的工作状况，计算精度不高。有限元法通过建立永磁电机的有限元模型，并通过求解该有限元模型得到永磁电机的交流铜耗。

相比于解析法，有限元法的计算结果更能满足基本的计算精度要求。然而，一方面，由于现有的有限元法会针对每根导体单独建模，涉及的网格数量及其庞大，另一方面，由于逆变器相关参数的影响，使得逆变器输出电流谐波具有很高的开关次谐波，而研究PWM供电下的交流铜耗时，其输入电流通常含有开关次谐波，基波与开关次谐波时间跨度较大，所以为了反应周期内完整谐波分量，仿真点数较多，给计算带来极大的不变。这两方面的原因使得交流铜耗的计算量较大，甚至无法计算，给交流铜耗有效评估带来巨大的挑战，严重制约了电机系统的发展，使得工业应用领域上，逆变器和电机迭代优化分析技术发展遭遇瓶颈。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种交流铜耗计算方法，其目的在于，深入挖掘逆变器电流谐波对永磁电机交流铜耗的影响，以达到在精确评估交流铜数值的同时，实现交流铜耗快速计算的目的。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种交流铜耗计算方法，包括：

利用电机的第一有限元模型提取基波电流和各目标低次谐波电流作用下槽内每根导体所感应的槽漏磁场，并利用第一损耗解析模型根据所提取的槽漏磁场计算基波电流、目标低次谐波电流和转子磁场同时作用下的第一涡流损耗；

计算目标开关次谐波电流磁场单独作用下产生的第二涡流损耗，包括：将定子铁心划分为多个分块，并将基波电周期划分为多个时间段；在每个时间段，提取基波、目标低次谐波电流磁场和转子磁场作用下定子铁心各分块的平均磁导率并代入电机的第二有限元模型后，计算各目标次开关谐波电流作用下的槽漏磁场，并利用第二损耗解析模型根据所提取的槽漏磁场计算涡流损耗，叠加得到每个时间段内的总涡流损耗；将各时间段内总涡流损耗的平均值作为第二涡流损耗；第二有限元模型在第一有限元的基础上去除了转子磁钢；

将第一涡流损耗和第二涡流损耗相加，得到交流铜耗。

本发明将把基波和谐波时间跨度较大的谐波交流铜耗计算转换为分别计算基波和低次谐波交流铜耗，以及开关次谐波交流铜耗，实现了磁场电场解耦的计算方法。

对于基波和低次谐波交流铜耗，首先利用电机有限元模型计算得到对应的槽漏磁场，然后将通过有限元计算得到的槽漏磁场代入解析模型中，能够综合考量解析算法计算的快速性和有限元算法计算的准确性，在保证计算精度的前提下，大大提高求解速度。

在电机实际运行中，定子铁心具有饱和性，使得局部磁阻增加，从而影响槽内漏磁场发生变化；由于电机中绕组的交流铜耗很大程度上是受到电机槽内漏磁场的直接影响，故相对磁导率的大小，会对交流铜耗产生影响；在逆变器输出电流中，一方面，由于开关次谐波电流较小，对电机饱和程度的贡献较小，故可认为电机定子铁心的饱和程度主要受基波电流磁场和转子磁场的影响；另外一方面，由于开关次谐波电流时间与基波电流时间跨度较大，在基波一个电周期的每一小段，开关次谐波都可认为具有至少一个电周期，故受饱和程度的影响，在基波电周期的每一段，开关次谐波电流所产生的交流铜耗都不相同；本发明在计算开关次谐波交流损耗时，将基波电周期划分为多个时间段，并在每一个时间段内保持电机有限元模型中铁心各分块的磁导率不变，实现了分时间段冻结定子铁心磁导率的目的，有效考虑了铁心饱和的影响，在保证准确计算开关次谐波槽漏磁场的基础上，简化了每个时间段内电机有限元模型的计算复杂度，提高了计算效率，从根本上解决了在考虑逆变器高次谐波电流情况下，开关次谐波电流与基波电流时间跨度较大，求解困难的问题。因此，本发明对于开关次谐波交流铜耗，先通过分时间段冻结定子铁心磁导率的方式，利用电机有限元模型计算得到对应的槽漏磁场，然后将通过有限元计算得到的槽漏磁场代入解析模型中，能够综合考量解析算法计算的快速性和有限元算法计算的准确性，在保证计算精度的前提下，大大提高求解速度。

总体而言，本发明通过磁场电场解耦的方法，分别计算基波和低次谐波交流铜耗，以及开关次谐波交流铜耗，对于基波和低次谐波交流铜耗，直接利用有限元模型计算槽漏磁场，再代入解析模型计算交流铜耗，对于开关次谐波，则先通过分时间段冻结定子铁心磁导率的方式，利用有限元模型计算槽漏磁场，再代入解析模型计算交流铜耗，能够在保证计算精度的前提下，大大提高了求解速度，从根本上解决了在考虑逆变器高次谐波电流情况下，开关次谐波电流与基波电流时间跨度较大，求解困难的问题。

进一步地，将定子铁心划分为多个分块，包括：将定子铁心划分为齿尖、齿部和轭部。

定子铁心的齿尖、齿部、轭部内的饱和程度接近，本发明在冻结磁导率时，具体将定子铁心划分为齿尖、齿部和轭部这三个分块，在每个时间段分别冻结这三个分块的磁导率，在保证开关次谐波槽漏磁场的计算精度的基础上，有效减少了定子铁心的分块数量，从而提高计算效率。

进一步地，计算各目标次开关谐波电流作用下的槽漏磁场，并利用第二损耗解析模型根据所提取的槽漏磁场计算涡流损耗，包括：

选取其中一个目标开关次谐波作为参考谐波，利用第二有限元模型提取参考谐波电流作用下槽内每根导体所感应的槽漏磁场，并利用第二损耗解析模型根据所提取到的槽漏磁场计算参考谐波电流磁场单独作用下产生的涡流损耗；

通过幅值和频率拟合得到其他目标开关次谐波电流磁场单独作用下产生的涡流损耗。

由于槽漏磁场主要受铁心饱和程度和绕组电流密度的影响，本发明在冻结磁导率的前提下，采用线性时谐有限元的方法计算各目标开关次谐波的槽漏磁场，即只通过有限元计算某一次开关次谐波的槽漏磁场，对于其他的开关次谐波槽漏磁场，则通过幅值和频率拟合得到，由此大大减少了计算时间。

进一步地，目标开关次谐波包括：一次开关频率边带谐波和二次开关频率边带谐波。

传统意义上的逆变器输出电流谐波，其主要的谐波分量为基波边带附近的低次谐波(主要为基波与5、7次谐波)、一倍开关频率附近的边带谐波和二倍开关频率附近的边带谐波；由于基波边带附近的低次谐波相对含量较少且频率较低，对交流铜耗贡献较少，而一倍和二倍开关频率处谐波含量丰富且频率高，在众谐波中影响最为显著，故可以认为在电流谐波中主要受基波和倍次开关频率谐波影响；本发明在计算交流铜耗时，仅计算开关次谐波中影响电机交流铜耗的主要成分，即一次开关频率边带谐波和二次开关频率边带谐波的交流铜耗，能够在保证影响计算精度的同时，大大减少计算量。

进一步地，目标低次谐波包括：5次谐波和7次谐波。

本发明在计算交流铜耗时，仅计算低次谐波中影响电机交流铜耗的主要成分，即5次谐波和7次谐波的交流铜耗，能够在保证影响计算精度的同时，大大减少计算量。

进一步地，电机有限元模型中，不对单根导体建模；

并且，根据电机有限元模型提取槽内每根导体所感应的槽漏磁场时，直接提取相应导体位置处的磁密后，根据所提取的磁密计算涡流损耗。

本发明在利用有限元模型计算槽漏磁场时，不对单根导体建模，而是直接提取相应导体位置处的磁密后，根据所提取的磁密计算涡流损耗，能够对模型进行简化，提高求解速度。

进一步地，涡流损耗的计算公式为：

其中，P表示涡流损耗，γ表示导体电导率，r₀表示导体半径；r表示柱坐标系下与z轴的距离，

表示柱坐标系下与x轴的夹角；J表示导体内的电流密度，μ₁和μ₂分别表示导体内区域磁导率和导体外区域磁导率；H₀表示导体所在平行磁场的磁场强度，J_n表示n第一类贝塞尔函数的解，n∈{1,2,3}；k＝ωγμ，ω、γ和μ分别表示角频率、导线电导率和磁导率。

按照本发明的另一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，包括存储的计算机程序；计算机程序被处理器执行时，控制计算机可读存储介质所在设备执行本发明提供的交流铜耗计算方法。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)本发明通过磁场电场解耦的方法，分别计算基波和低次谐波交流铜耗，以及开关次谐波交流铜耗，对于基波和低次谐波交流铜耗，直接利用有限元模型计算槽漏磁场，再代入解析模型计算交流铜耗，对于开关次谐波，则先通过分时间段冻结定子铁心磁导率的方式，利用有限元模型计算槽漏磁场，再代入解析模型计算交流铜耗，能够在保证计算精度的前提下，大大提高了求解速度，从根本上解决了在考虑逆变器高次谐波电流情况下，开关次谐波电流与基波电流时间跨度较大，求解困难的问题。

(2)本发明在冻结磁导率时，根据定子铁心饱和程度的分布特性，具体将定子铁心划分为齿尖、齿部和轭部这三个分块，在每个时间段分别冻结这三个分块的磁导率，在保证开关次谐波槽漏磁场的计算精度的基础上，有效减少了定子铁心的分块数量，从而提高计算效率。

(3)本发明所计算交流铜耗时，仅计算影响电机交流铜耗的主要成分，具体来说，对于低次谐波，仅计算5次谐波和7次谐波的交流铜耗，对于开关次谐波，仅计算一次开关频率边带谐波和二次开关频率边带谐波的交流铜耗，在保证影响计算精度的同时，大大减少计算量。

(4)本发明在利用有限元模型计算槽漏磁场时，不对单根导体建模，而是直接提取相应导体位置处的磁密后，根据所提取的磁密计算涡流损耗，能够对模型进行简化，进一步提高求解速度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的交流铜耗计算方法框图；

图2为本发明实施例提供的交流铜耗计算方法示意图；

图3为本发明实施例提供的电机有限元模型示意图；

图4为本发明实施例提供的涡流场二维解析模型示意图；

图5为本发明实施例提供的铁心模型示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：

1、2、3、4、5为定子轭部，6、7、8、9、12、15为定子齿部，10、11、13、14为定子齿尖。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

为了解决现有利用有限元方法计算永磁电机交流铜耗的方法因开关次谐波电流与基波电流时间跨度较大，求解困难的技术问题，本发明提供了一种交流铜耗计算方法，其整体思路在于：首先通过电场磁场解耦的方法，将永磁电机交流铜耗分为基波和低次谐波的涡流损耗，以及开关次谐波的涡流损耗；对于基波和低次谐波的涡流损耗，则先利用有限元模型计算槽漏磁场，然后利用解析模型计算涡流损耗，对于开关次谐波的涡流损耗，则基于定子铁心饱和程度的主要影响因素分析结果，提出分时间段冻结定子铁心磁导率的方式，利用有限元模型计算槽漏磁场，再利用解析模型计算涡流损耗，以综合考量解析算法计算的快速性和有限元算法计算的准确性，从根本上解决了在考虑逆变器高次谐波电流情况下，开关次谐波电流与基波电流时间跨度较大，求解困难的问题，在保证计算精度的前提下，大大提高求解速度。

以下为实施例。

实施例1：

一种交流铜耗计算方法，如图1和图2所示，主要包括：计算基波和低次谐波交流铜耗，计算开关次谐波交流铜耗，以及将所计算的交流铜耗相加。

由于所研究PWM供电下的交流铜耗，其输入电流通常含有开关次谐波，基波与开关次谐波时间跨度较大，所以为了反应周期内完整谐波分量，仿真点数较多，给计算带来极大的不变。故在此基础上，提出了基于线性时谐有限元的计算方式。传统意义上的逆变器输出电流谐波，其主要的谐波分量为基波边带附近的低次谐波(主要为基波与5、7次谐波)，一倍开关频率附近的边带谐波和二倍开关频率附近的边带谐波。由于基波边带附近的低次谐波相对含量较少且频率较低，对交流铜耗贡献较少，而一倍和二倍开关频率处谐波含量丰富且频率高，在众谐波中影响最为显著，故可以认为在电流谐波中主要受基波和倍次开关频率谐波影响，得到以下关系式：

其中I、I₁、I_s±2、I_2s±1分别表示输入电流、基波、一次开关频率边带、二次开关频率边带谐波幅值；φ₁、φ_s±2、φ_2s±1分别表示基波、一次开关频率边带、二次开关频率边带谐波相位幅值；s表示开关频率阶次，ω表示基波角频率；

此外，由于倍次谐波电流所产生倍次开关频率谐波磁场频率较高，转子磁场中无对应的边带磁场与其作用，故本实施例中，认为槽内倍次开关频率谐波磁场只受倍次谐波电流影响，转子磁场只与基波磁场作用，所以基波频率电流、倍次谐波电流可单独作用计算对应的交流铜耗，其关系式可以表达如下：

其中P₁、P₅与P₇为基波、5次谐波与7次谐波电流磁场和转子磁场共同作用的涡流损耗，P_s±2、P_2s±1为一倍开关频率和二倍开关频率边带电流磁场单独作用的涡流损耗，P_e为电机总涡流损耗；

本实施例通过以上公式计算交流铜耗，把基波和谐波时间跨度较大的谐波交流铜耗计算转化为分别计算基波交流铜耗和谐波交流铜耗，最后再叠加求和，实现了磁场电场解耦的计算方法，利用这种方法，可以大大提高求解速度；

为了在保证计算精度的情况下，大大提高计算速度，如图1和图2所示，本实施例中，对于基波和低次谐波，即基波、5次谐波和7次谐波，采用如下方式计算对应的涡流损耗：

利用电机的第一有限元模型提取基波电流和各目标低次谐波电流作用下槽内每根导体所感应的槽漏磁场，并利用第一损耗解析模型根据所提取的槽漏磁场计算基波电流、目标低次谐波电流和转子磁场同时作用下的第一涡流损耗；

本实施例用于计算槽漏磁场的第一有限元模型如图3所示，为了进一步提高计算速度，作为一种优选的实施方式，本实施例在建立图3所示的电机有限元模型时，不对单根导体建模；

并且，根据电机有限元模型提取槽内每根导体所感应的槽漏磁场时，直接提取相应导体位置处的磁密后，根据所提取的磁密计算涡流损耗；

作为一种可选的实施方式，本实施例中，在计算得到槽漏磁场之后，用于计算涡流损耗的解析模型具体是图4所示的涡流场二维解析模型，该二维解析模型的建立过程如下：

首先考虑对单根铜导线进行研究，具体地，该模型为一轴长无限长的铜导线，铜导线自身无电流流过，将其放置在稳恒均匀的平行磁场中，且磁场方向沿着导线径向方向，假设磁场在导线外无限大空间内保持不变；建立相应的圆柱坐标系，其坐标原点以及模型示意图如图4所示。

该模型中引入磁矢量，并满足麦克斯韦方程，由于磁矢量在圆柱坐标系中的径向和周向两个方向受到的影响都不相同，故应考虑二维解法，可得到：

H₀＝▽×A

其中，H₀为外加平行磁场场强大小，A为引入的磁矢量，r为圆柱坐标系中的半径，k为系数，其受角频率ω、导体电导率γ和磁导率μ的影响，k²＝ωγμ，由于其在导体内和导体外数值不等，故考虑分别计算导体内和导体外两个区域的磁场分布；

考虑导体内部磁场分布，可以得到径向和切向的磁场强度表达式：

其中，J_n为n阶第一类贝塞尔函数的解，C_1n和C_2n为两个常系数；r表示柱坐标系下与z轴的距离，

表示柱坐标系下与x轴的夹角；

考虑导体内部磁场分布，对于无限远的空间处，可以认为导体外的磁场不受导线涡流磁场的影响，其恒等于外界平行磁场，可认为其磁场强度等于平行磁场强度H₀，可以得到导线外区域磁场强度分布：

其中，C_3n为常系数；

由磁场连续边界条件可以得到，在媒质的边界上磁场连续，故在两个求解区域的交界处，即铜导线的外圆处(r＝r₀，r₀表示导体半径)，磁场强度应满足如下关系：

其中μ₁、μ₂分别为导体内区域和导体外区域磁导率。

故可以得到该模型下导体内的磁矢量A₁表达式：

由电场与磁场关系可以得到，导体内的电流密度表达式：

由坡印廷定理可以得到涡流损耗的表达式：

将利用有限元模型所提取出的槽漏磁场，作为解析计算边界条件中的外加磁场，从而可以使得有限元计算和解析计算互相联动，在保证计算精度的同时大大提高求解精度；应当说明的是，以上涡流场二维解析模型仅为本发明可选的一种解析模型，不应理解为对本发明的唯一限定，在本发明其他的一些实施例中，也可以使用其他的解析模型。

在电机实际运行中，定子铁心具有饱和性，使得局部磁阻增加，从而影响槽内漏磁场发生变化。由于电机中绕组的交流铜耗很大程度上是受到电机槽内漏磁场的直接影响，故相对磁导率的大小，会对交流铜耗产生影响。而在逆变器输出电流中，一方面，由于开关次谐波电流较小，对电机饱和程度的贡献较小，故本实施例认为电机定子铁心的饱和程度主要受基波电流磁场和转子磁场的影响；另外一方面，由于开关次谐波电流时间与基波电流时间跨度较大，在基波一个电周期的每一小段，开关次谐波都可认为具有至少一个电周期，故受饱和程度的影响，在基波电周期的每一段，开关次谐波电流所产生的交流铜耗都不相同。此外，由于开关次谐波对饱和贡献较少，故本实施例认为在这一段时间节点铁心磁导率保持不变。基于以上分析，为了考虑铁心饱和影响并加速求解计算，如图1和图2所示，本实施例中，对开关次谐波，即一次开关频率边带谐波和二次开关频率边带谐波，采用如下方式计算对应的交流铜耗：

计算目标开关次谐波电流磁场单独作用下产生的第二涡流损耗，包括：将定子铁心划分为多个分块，并将基波电周期划分为多个时间段，本实施例中，具体将基波电周期划分为了t₀个时间段，图1中的t即表示时间段的序号；在每个时间段，提取基波、目标低次谐波(即5次谐波和7次谐波)电流磁场和转子磁场作用下定子铁心各分块的平均磁导率并代入电机的第二有限元模型后，计算各目标次开关谐波电流作用下的槽漏磁场，并利用第二损耗解析模型根据所提取的槽漏磁场计算涡流损耗，叠加得到每个时间段内的总涡流损耗；将各时间段内总涡流损耗的平均值作为第二涡流损耗；第二有限元模型在第一有限元的基础上去除了转子磁钢；

作为进一步优选的实施方式，考虑到槽漏磁场主要受铁心饱和程度和绕组电流密度的影响，故本实施例在冻结磁导率的前提下，采用线性时谐有限元的方法计算目标次开关谐波电流磁场单独作用下产生的涡流损耗，即只计算某一次高次谐波的涡流损耗，再通过幅值和频率拟合其他次数的一倍和二倍开关次谐波所产生的涡流损耗，从而大大减少计算时间，如图1所示；

对定子铁心进行分块，是考虑到定子铁心中的铁心饱和程度分布不均匀，通过分块使每个分块中的铁心饱和程度分布均匀，在冻结磁导率时，分别冻结每个分块的磁导率，才能保证对于开关次谐波槽漏磁场的准确计算；作为一种优选的实施方式，本实施例具体根据定子铁心齿尖、齿部、轭部饱和程度不同将定子铁心逐个分段，根据基波电周期的时间节点，批量提取铁心每段中心的平均磁导率，将其代入到开关次谐波电流计算模型中，以此达到分段冻结磁导率的目的，其基本原理如图5所示，其中1、2、3、4、5为定子轭部，6、7、8、9、12、15为定子齿部，10、11、13、14为定子齿尖。采用此种方法，大大降低了求解的时间且可以得到各时间节点处开关次谐波交流铜耗变化情况，可操作性更强；应当说明的是，对于定子铁心的分块方式，并不限于图5所示的方式，在本发明其他的一些实施例中，也可以采用其他的分段方式，或者划分网格等方式进行分块，保证分块后，每个分块中的铁心饱和程度均匀分布即可；

求解得到开关次谐波槽漏磁场后，代入第二解析模型，即可计算得到开关次谐波对应的涡流损耗；可选地，本实施例计算开关次谐波涡流损耗时，也采用图4所示的涡流场二维解析模型。

通过以上步骤分别计算得到基波、目标低次谐波(即5次谐波和7次谐波)和目标开关次谐波(即一次开关频率边带谐波和二次开关频率边带谐波)对应的涡流损耗后，将所计算的各涡流损耗相加即可得到交流铜耗；

应当说明的是，根据电机的结构和运行特点，以及实际的求解精度要求，在本发明其他的一些实施例中，在计算交流铜耗时，所选定的低次谐波和开关次谐波电流分量，也可能发生变化，且当发生变化时，具体的计算方式可参考以上描述，在此将不作复述。

总体而言，本实施例通过磁场电场解耦的方法，分别计算基波和低次谐波交流铜耗，以及开关次谐波交流铜耗，对于基波和低次谐波交流铜耗，直接利用有限元模型计算槽漏磁场，再代入解析模型计算交流铜耗，对于开关次谐波，则先通过分时间段冻结定子铁心磁导率的方式，利用有限元模型计算槽漏磁场，再代入解析模型计算交流铜耗，能够在保证计算精度的前提下，大大提高了求解速度，从根本上解决了在考虑逆变器高次谐波电流情况下，开关次谐波电流与基波电流时间跨度较大，求解困难的问题。

实施例2：

一种计算机可读存储介质，包括存储的计算机程序；计算机程序被处理器执行时，控制计算机可读存储介质所在设备执行上述实施例1提供的交流铜耗计算方法。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种交流铜耗计算方法，其特征在于，包括：

利用电机的第一有限元模型提取基波电流和各目标低次谐波电流作用下槽内每根导体所感应的槽漏磁场，并利用第一损耗解析模型根据所提取的槽漏磁场计算基波电流、目标低次谐波电流和转子磁场同时作用下的第一涡流损耗；

计算目标开关次谐波电流磁场单独作用下产生的第二涡流损耗，包括：将定子铁心划分为多个分块，并将基波电周期划分为多个时间段；在每个时间段，提取基波、目标低次谐波电流磁场和转子磁场作用下定子铁心各分块的平均磁导率并代入电机的第二有限元模型后，计算各目标次开关谐波电流作用下的槽漏磁场，并利用第二损耗解析模型根据所提取的槽漏磁场计算涡流损耗，叠加得到每个时间段内的总涡流损耗；将各时间段内总涡流损耗的平均值作为所述第二涡流损耗；所述第二有限元模型在所述第一有限元的基础上去除了转子磁钢；

将所述第一涡流损耗和所述第二涡流损耗相加，得到交流铜耗。

2.如权利要求1所述的交流铜耗计算方法，其特征在于，将定子铁心划分为多个分块，包括：将定子铁心划分为齿尖、齿部和轭部。

3.如权利要求1或2所述的交流铜耗计算方法，其特征在于，计算各目标次开关谐波电流作用下的槽漏磁场，并利用第二损耗解析模型根据所提取的槽漏磁场计算涡流损耗，包括：

选取其中一个目标开关次谐波作为参考谐波，利用所述第二有限元模型提取所述参考谐波电流作用下槽内每根导体所感应的槽漏磁场，并利用所述第二损耗解析模型根据所提取到的槽漏磁场计算所述参考谐波电流磁场单独作用下产生的涡流损耗；

通过幅值和频率拟合得到其他目标开关次谐波电流磁场单独作用下产生的涡流损耗。

4.如权利要求1或2所述的交流铜耗计算方法，其特征在于，所述目标开关次谐波包括：一次开关频率边带谐波和二次开关频率边带谐波。

5.如权利要求4所述的交流铜耗计算方法，其特征在于，所述目标低次谐波包括：5次谐波和7次谐波。

6.如权利要求1或2所述的交流铜耗计算方法，其特征在于，所述电机有限元模型中，不对单根导体建模；

并且，根据电机有限元模型提取槽内每根导体所感应的槽漏磁场时，直接提取相应导体位置处的磁密后，根据所提取的磁密计算涡流损耗。

7.如权利要求1或2所述的交流铜耗计算方法，其特征在于，涡流损耗的计算公式为：

其中，P表示涡流损耗，γ表示导体电导率，r₀表示导体半径；r表示柱坐标系下与z轴的距离，

表示柱坐标系下与x轴的夹角；J表示导体内的电流密度，μ₁和μ₂分别表示导体内区域磁导率和导体外区域磁导率；H₀表示导体所在平行磁场的磁场强度，J_n表示n第一类贝塞尔函数的解，n∈{1,2,3}；k＝ωγμ，ω、γ和μ分别表示角频率、导线电导率和磁导率。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括存储的计算机程序；所述计算机程序被处理器执行时，控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1～7任一项所述的交流铜耗计算方法。

Images