CN114662365B - 一种笼型电机起动性能分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种笼型电机起动性能分析方法，涉及起动性能计算领域，包括以下几个步骤：S1、进行电磁场有限元建模与计算，并建立数据库；S2、进行起动过程电磁解析迭代计算；S3、进行起动过程瞬态传热计算；S4、进行起动过程机械计算；S5、进行判断，如果计算出判断角加速度是否足够小，如果是则计算结束，如果是，则将S3中得到的下一时间步的温度与S4中得到的下一时间步的速度作为输入，从电磁转矩计算结果数据库中进行二维插值，输出结果；S7、重复上述S3‑S6的步骤，直至计算结束，本发明避免了纯解析计算可靠性差的问题，又避免采用纯瞬态有限元法的电磁场与温度场双向耦合而导致的计算量过大问题，具有计算效率高和计算精度更高的突出优点。

Description

一种笼型电机起动性能分析方法

技术领域

本发明涉及起动性能计算领域，特别涉及一种大容量笼型电机起动性能分析方法。

背景技术

大容量笼型异步电动机往往转动惯量较大，且负载阻力矩较大，起动时间较长，某些情况可能长达数十秒，起动过程中笼条中的起动电流存在严重的集肤效应，会在转子上产生很大的损耗，引起转子温度迅速升高，起动过程中笼条温度变化和不均匀分布，还将产生不同形变，引起巨大的热应力，严重时甚至可能会损坏电机转子。因此，大容量笼型异步电机的转子在起动过程中发热问题突出，其起动温升是关系其安全稳定运行的关键问题。

另一方面，笼条自身的电阻对温度的变化非常敏感，笼条温度变化会使电机的感应电流、电磁转矩、电磁损耗等电磁性能发生较大变化，反起来又进一步影响起动性能以及温度。因此，对于大容量笼异电机的起动分析，为了保证较高的分析精度，应考虑起动过程的电磁与温度的双向耦合关系。

以往对鼠笼异步电动机的起动计算对象以容量较小、负荷较轻的电动机为主，它们起动时间较短，发热量较小，研究内容更侧重于起动电流、起动转矩、起动控制策略、发热分析，多侧重于稳态工况下的分析模型比较与计算方法优化，完整的起动过程较少涉及。

另一方面，对于起动温升的计算方法，较早的研究多采用纯解析法，对集肤效应、饱和漏抗等问题的处理上简化较多，计算精度不高，目前普遍倾向于先通过有限元分析获取更加精确的电磁损耗，再将损耗加载至温度计算模型中，但往往忽略了电磁损耗与温升的双向影响，没有进行电磁和温度的双向耦合。这在分析小容量电动机时问题不大，但对于大容量、高转动惯量、起动时间长的大中型电动机来说，将带来较大的计算误差。

现有技术中提出有公开号CN110412462A，公开日为2019年11月5日的中国发明专利文献，该专利文献所公开的技术方案如下：

该发明提出一种航空用永磁同步电动机瞬态温度预测方法，该方法依据电机的几何尺寸、材料参数、工作制和负载特性对电机进行二维电磁场设计并获取相应的电磁参数，通过Matlab/Simulink电驱动系统仿真分析并获取电机的三相电流和电机转速曲线，基于曲线拟合及电流源法/电压源法的损耗计算、电机三维模型设计和有限元模型网格划分、冷却散热条件及流固耦合分析、电机各零部件温度分布进行瞬态温度预测，获得高精度的温度分布，最大限度的为电机优化设计提供帮助。

该发明提解决了瞬态工作制下的航空用永磁同步电机工作温度无法准确预测的问题，该发明具体应用在某型号航空发动机电反推作动系统用永磁同步电动机中，与电动机控制器配套进行了温度测试试验某型号航空发动机电反推作动系统用永磁同步电动机关键零部件试验所测得的最高工作温度结果与该发明提出的瞬态温度预测方法计算所得电机关键零部件温度最大相对误差在10％以内，验证了该发明专利对航空用永磁同步电动机瞬态温度预测法的可行性，在细节上优化可以进一步提高该方法的准确性，最终实现此类航空用永磁同步电动机瞬态工作制下温度场的精确仿真，但与现有技术类似，计算中忽略了电磁损耗与温升的双向影响，没有进行电磁和温度的双向耦合，对于大容量、高转动惯量的大中型电动机来说，将带来较大的计算误差的。另一方面，该发明针对的是同步电机常规工况的分析，与依靠笼条感应提供电磁转矩完成起动的鼠笼电机起动分析，存在原理上的不同。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种笼型电机起动性能分析方法，解决了现有技术中计算忽略了电磁损耗与温升的双向影响，没有进行电磁和温度的双向耦合，对于大容量、高转动惯量的大中型电动机来说，将带来较大的计算误差的问题。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种笼型电机起动性能分析方法，包括以下几个步骤：

S1、进行电机本体的有限元建模和耦合电路建模，设置边界条件，进行有限元求解并后处理，得到一系列后续计算所需数据，所述数据包括不同定子电压、不同转速、不同转子温度下电机的电磁转矩和各部件的损耗，将得到的数据导出至数据库；

S2、从转速为0，笼条起始温度作为输入开始计算，从数据库中进行转速和笼条温度的二维插值，输出结果为电磁转矩和各部件的瞬时损耗；

S3、搭建符合不同部件间传热规律的热网络模型，输入定转子铁心、线圈热容、导热系数以及插值得到的各部件的瞬时损耗，开展温升计算，计算获得下一时间步的温度；

S4、根据插值得到的电磁转矩与给定的阻力矩进行运算，求出当前加速转矩、角加速度和下一时间步的速度；

S5、进行判断，如果计算出判断角加速度等于或小于一定数值后，则计算结束，即判断为电磁转矩与阻力矩已达到平衡，电动机将不再加速，进入恒转速稳态运行，判定系统已完成起动过程，当前时间即为起动时间，当前温升即为起动温升；

如果计算出判断角加速度大于一定数值，则进行下一步；

S6、将S3中得到的下一时间步的温度与S4中得到的下一时间步的速度作为输入，从电磁转矩计算结果数据库中进行二维插值，输出结果为电磁转矩和各部件的瞬时损耗；

S7、重复上述S3-S6的步骤，直至计算结束。

进一步的，所述S1中还包括在建模过程中预留温度的参数接口的步骤。

进一步的，所述S1中还包括对电机笼条沿槽深方向进行分块的步骤。

进一步的，所述S1中的数据包括不同定子电压、不同转速、不同转子温度下电机的电磁转矩、定子电流、笼条损耗、端环损耗、定子铁耗和转子铁耗。

进一步的，所述热网络模型包括定子侧传热模型与转子侧传热模型。

进一步的，所述定子侧传热模型体现定子线圈轴向以及线圈、铁心间传热特征；转子侧传热模型符合笼条分层间径向传热、笼条与定子铁心间周向传热和笼条以及端环间轴向传热规律。

进一步的，所述定子侧传热模型与转子侧传热模型耦合或独立。

进一步的，所述各部件的瞬时损耗包括笼条损耗、端环损耗、定子铁耗、转子铁耗和定子铜耗。

进一步的，所述数据库的数据在每一个运行电压下以转速与温度为二维变量的空间曲面呈现。

进一步的，所述电磁转矩与阻力矩进行运算求出当前加速转矩、角加速度和下一时间步的速度的公式如下：

其中T_em为电磁转矩，T_R为阻力矩，T_acc为当前加速转矩，Δω为角速度变化，相应时间间隔Δt，为角加速度，speed_i为输入的速度，speed_i+1为下一时间步的速度。

本发明的有益效果表现在：

1、本发明提出一种磁热双向耦合、有限元和解析相结合的起动计算方法。该方法首先基于电磁场有限元计算出不同转速、转子温度下的电磁转矩、涡流分布、定子电流等结果，并将结果归一化至电磁结果数据库，接着基于数据库插值求解每一个时间步的转速、损耗、温升情况，并进行下一步迭代，直至功率平衡完成起动。这种方法相对于传统方法，能计及起动过程中电磁损耗与温度的实时相互影响，考虑转子导条集肤效应及磁饱和的影响，并将导条损耗分层导出至热网络计算模型，可求解槽内最高温度；相对于瞬态电磁场双向耦合瞬态温度场，又节约了大量计算资源，特别适用于重载、长起动时间的大中型电动机。

2、本发明计算过程考虑磁热双向耦合作用，在计算大型电动机重载起动问题上，具有计算精度更高的突出优点。

3、本发明计算采用了有限元和解析迭代相结合的方法，具有较短的计算时间和较高的计算精度。既避免了纯解析计算可靠性差的问题，又避免采用纯有限元法双向耦合而导致的计算量过大问题。

4、本发明建立数据库，能够以较低的计算量，获得对温升对电磁影响的规律，在后面的瞬态起动过程计算时，不需要在每个时间步进行一次完整的电磁有限元计算，大大节约计算硬件和时间。

5、本发明在传热计算方面采用瞬态法，而不是有限元计算，其优点也在于快速高效，由于该步骤可通过热网络模型来考虑各部件之间的换热特征，以及热源的空间分布，因此能得到更加快速、精准的结果，数据库进行插值处理，以进行后续步骤的快速计算。

6、本发明根据电磁计算的结果，与机械特性相互匹配，快速得到瞬态起动过程，而不是以场的方式通过有限元耦合，避免了每个时间步都进行有限元计算的资源消耗。

7、本发明S1步骤中还包括在建模过程中预留温度的参数接口的步骤，通过在建模过程中预留温度的参数接口来方便温度参数的输入，方便控制，节省温度参数的输入时间，提高计算效率。

8、本发明S1步骤中还包括对电机笼条沿槽深方向进行分块的步骤，分块建模可以获得槽内损耗的分布规律，在后续瞬态温升计算时，能够更加精准地取得槽内最高温度，同时又不至于增加太多温升的计算量，提高计算的准确度和计算效率。

9、本发明根据实际情况，S1中的数据包括不同定子电压、不同转速、不同转子温度下电机的电磁转矩、定子电流、笼条损耗、端环损耗、定子铁耗和转子铁耗，对电机进行全面的考虑，增加计算结果的准确性。

10、本发明中，热网络模型包括定子侧传热模型与转子侧传热模型，根据实际情况，分别搭建定子侧和转子侧传热模型来对定子与转子进行考虑，使得到的结果更加精确。

11、定子侧传热模型应体现定子线圈轴向以及线圈、铁心间传热特征；转子侧传热模型应符合笼条分层间径向传热、笼条与定子铁心间周向传热、笼条以及端环间轴向传热规律，进一步考虑各部件之间的换热特征，以及热源的空间分布，因此能得到更加快速、精准的结果。

12、本发明根据实际需要，定子侧传热模型与转子侧传热模型可以是耦合或独立的。

13、本发明根据实际需要，各部件的瞬时损耗包括笼条损耗、端环损耗、定子铁耗、转子铁耗和定子铜耗，对电机进行全面的考虑，增加计算结果的准确性。

14、本发明中，数据库的数据在每一个运行电压下以转速与温度为二维变量的空间曲面呈现，方便进行插值计算。

15、本发明中，电磁转矩与阻力矩进行运算求出当前加速转矩、角加速度和下一时间步的速度的公式如下：

其中T_em为电磁转矩，T_R为阻力矩，T_acc为当前加速转矩，Δω为角速度变化，相应时间间隔Δt，为角加速度，speed_i为输入的速度，speed_i+1为下一时间步的速度；通过该公式能更加方便快捷的进行当前加速转矩、角加速度和下一时间步的速度的计算，提高装置的计算效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1为本发明中实施例2的方法流程图；

图2为本发明中实施例3的笼条分块示意图；

图3为本发明中实施例4的电磁转矩数据呈现示意图；

图4为本发明方法与传统方法（不耦合温度）起动曲线对比。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。

除非另外定义，本发明公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

作为本发明的一个较佳实施方式，本实施例公开一种笼型电机起动性能分析方法，包括以下几个步骤：

S1、进行电机本体的有限元建模和耦合电路建模，设置边界条件，进行有限元求解并后处理，得到一系列后续计算所需数据，所述数据包括不同定子电压、不同转速、不同转子温度下电机的电磁转矩和各部件的损耗，将得到的数据导出至数据库；

S2、从转速为0，笼条起始温度作为输入开始计算，从数据库中进行转速和笼条温度的二维插值，输出结果为电磁转矩和各部件的瞬时损耗；

S3、搭建符合不同部件间传热规律的热网络模型，输入定转子铁心、线圈热容、导热系数以及插值得到的各部件的瞬时损耗，开展温升计算，计算获得下一时间步的温度；

S4、根据插值得到的电磁转矩与给定的阻力矩进行运算，求出当前加速转矩、角加速度和下一时间步的速度；

S5、进行判断，如果计算出判断角加速度等于或小于一定数值后，则计算结束，即判断为电磁转矩与阻力矩已达到平衡，电动机将不再加速，进入恒转速稳态运行，判定系统已完成起动过程，当前时间即为起动时间，当前温升即为起动温升；

如果计算出判断角加速度大于一定数值，则进行下一步；

S6、将S3中得到的下一时间步的温度与S4中得到的下一时间步的速度作为输入，从电磁转矩计算结果数据库中进行二维插值，输出结果为电磁转矩和各部件的瞬时损耗；

S7、重复上述S3-S6的步骤，直至计算结束。

本实施例中，计算过程考虑磁热双向耦合作用，在计算大型电动机重载起动问题上，具有计算精度更高的突出优点；计算采用了有限元和解析迭代相结合的方法，具有较短的计算时间和较高的计算精度，既避免了纯解析计算可靠性差的问题，又避免采用纯有限元法双向耦合而导致的计算量过大问题。

实施例2

作为本发明的又一佳实施方式，参照说明书附图1，本实施例提供一种笼型电机起动性能分析方法，包括以下几个步骤：

S1、进行电机本体的有限元建模和耦合电路建模，在建模过程中预留温度的参数接口，并对笼条沿槽深方向进行分块，设置边界条件，进行有限元求解并后处理，得到一系列后续计算所需数据，所述数据包括不同定子电压voltage、不同转速speed、不同转子温度temp下电机的电磁转矩Tem、定子电流Is、笼条损耗Pbar、端环损耗Pring、定子铁耗Pcore1和转子铁耗Pcore2，将得到的数据导出至数据库，所述数据库的数据在每一个运行电压下以转速与温度为二维变量的空间曲面呈现；

S2、从转速为0，笼条起始温度作为输入开始计算，从数据库中进行转速和笼条温度的二维插值，输出结果为电磁转矩Tem(speedi,tempi)和各部件的瞬时损耗，各部件的瞬时损耗包括笼条损耗Pbar(speedi,tempi)、端环损耗Pring(speedi,tempi)、定子铁耗Pcore1(speedi,tempi)、转子铁耗Pcore2(speedi,tempi)和定子铜耗Pcu1(speedi,tempi)；

S3、搭建符合不同部件间传热规律的定子侧传热模型与转子侧传热模型，所述定子侧传热模型体现定子线圈轴向以及线圈、铁心间传热特征；转子侧传热模型符合笼条分层间径向传热、笼条与定子铁心间周向传热和笼条以及端环间轴向传热规律，所述定子侧传热模型与转子侧传热模型耦合，输入定转子铁心、线圈热容、导热系数以及插值得到的各部件的瞬时损耗，所述各部件的瞬时损耗包括笼条损耗、端环损耗、定子铁耗、转子铁耗和定子铜耗，开展温升计算，计算获得下一时间步的温度；

S4、根据插值得到的电磁转矩与给定的阻力矩进行运算，求出当前加速转矩、角加速度和下一时间步的速度，计算公式如下：

其中T_em为电磁转矩，T_R为阻力矩，T_acc为当前加速转矩，Δω为角速度变化，相应时间间隔Δt，为角加速度，speed_i为输入的速度，speed_i+1为下一时间步的速度；

S5、进行判断，如果计算出判断角加速度等于或小于一定数值后，则计算结束，即判断为电磁转矩与阻力矩已达到平衡，电动机将不再加速，进入恒转速稳态运行，判定系统已完成起动过程，当前时间即为起动时间，当前温升即为起动温升；

如果计算出判断角加速度大于一定数值，则进行下一步；

S6、将S3中得到的下一时间步的温度与S4中得到的下一时间步的速度作为输入，从电磁转矩计算结果数据库中进行二维插值，输出结果为电磁转矩和各部件的瞬时损耗，所述各部件的瞬时损耗包括笼条损耗、端环损耗、定子铁耗、转子铁耗和定子铜耗；

S7、重复上述S3-S6的步骤，直至计算结束。

本实施例中，通过实际需求对本发明中的各种数据、构建方法和公式进行选择使用，进一步提高计算结果的准确性，在建模过程中预留温度的参数接口的步骤，通过在建模过程中预留温度的参数接口来方便温度参数的输入，方便控制，节省温度参数的输入时间，对电机笼条沿槽深方向进行分块，可以获得槽内损耗的分布规律，在后续瞬态温升计算时，能够更加精准地取得槽内最高温度，同时又不至于增加太多温升的计算量，提高计算的准确度和计算效率，热网络模型已考虑各部件之间的换热特征，以及热源的空间分布，同时数据库中的数据在每一个运行电压下以转速与温度为二维变量的空间曲面呈现，方便进行插值计算，通过本实施例能够更加快速、精准的得到结果。

通过本实施例在一台MW级大型电动机型上进行了试验验证，受试验条件所限，负载较轻。实测起动时间为21.7s，本实施例计算起动时间为21.1s，误差约2.8%，验证了本实施例具有较好的计算精度。本实施例计算时间约花费20小时，而采用全瞬态电磁与传热有限元双向耦合，则预计需花费数周时间，无法满足工程需要。

实施例3

作为本发明的另一佳实施方式，参照说明书附图2，本实施例提供一种笼型电机起动性能分析方法，包括以下几个步骤：

S1、进行电机本体的有限元建模和耦合电路建模，在建模过程中预留温度的参数接口，并对笼条沿槽深方向进行分块，设置边界条件，进行有限元求解并后处理，得到一系列后续计算所需数据，所述数据包括不同定子电压、不同转速、不同转子温度下电机的电磁转矩和各部件的损耗，将得到的数据导出至数据库；

S2、从转速为0，笼条起始温度作为输入开始计算，从数据库中进行转速和笼条温度的二维插值，输出结果为电磁转矩和各部件的瞬时损耗；

S3、搭建符合不同部件间传热规律的定子侧传热模型与转子侧传热模型，所述定子侧传热模型与转子侧传热模型耦合，输入定转子铁心、线圈热容、导热系数以及插值得到的各部件的瞬时损耗，所述各部件的瞬时损耗包括笼条损耗、端环损耗、定子铁耗和转子铁耗，开展温升计算，计算获得下一时间步的温度；

S4、根据插值得到的电磁转矩与给定的阻力矩进行运算，求出当前加速转矩、角加速度和下一时间步的速度；

S5、进行判断，如果计算出判断角加速度等于或小于一定数值后，则计算结束，即判断为电磁转矩与阻力矩已达到平衡，电动机将不再加速，进入恒转速稳态运行，判定系统已完成起动过程，当前时间即为起动时间，当前温升即为起动温升；

如果计算出判断角加速度大于一定数值，则进行下一步；

S6、将S3中得到的下一时间步的温度与S4中得到的下一时间步的速度作为输入，从电磁转矩计算结果数据库中进行二维插值，输出结果为电磁转矩和各部件的瞬时损耗；

S7、重复上述S3-S6的步骤，直至计算结束。

本实施例中，通过在建模过程中预留温度的参数接口来方便温度参数的输入，方便控制，节省温度参数的输入时间，对电机笼条沿槽深方向进行分块，可以获得槽内损耗的分布规律，在后续瞬态温升计算时，能够更加精准地取得槽内最高温度，同时又不至于增加太多温升的计算量，根据实际情况，分别搭建耦合的定子侧传热模型和转子侧传热模型来对定子与转子进行考虑，同时数据库中的数据在每一个运行电压下以转速与温度为二维变量的空间曲面呈现，方便进行插值计算，通过本实施例能够更加快速、精准的得到结果。

实施例4

作为本发明的又一佳实施方式，参照说明书附图3，本实施例提供一种笼型电机起动性能分析方法，包括以下几个步骤：

S1、进行电机本体的有限元建模和耦合电路建模，在建模过程中预留温度的参数接口，并对笼条沿槽深方向进行分块，设置边界条件，进行有限元求解并后处理，得到一系列后续计算所需数据，所述数据包括不同定子电压、不同转速、不同转子温度下电机的电磁转矩、定子电流、笼条损耗、端环损耗、定子铁耗和转子铁耗，将得到的数据导出至数据库；

S2、从转速为0，笼条起始温度作为输入开始计算，从数据库中进行转速和笼条温度的二维插值，输出结果为电磁转矩和各部件的瞬时损耗；

S3、搭建符合不同部件间传热规律的定子侧传热模型与转子侧传热模型，所述定子侧传热模型体现定子线圈轴向以及线圈、铁心间传热特征；转子侧传热模型符合笼条分层间径向传热、笼条与定子铁心间周向传热和笼条以及端环间轴向传热规律，所述定子侧传热模型与转子侧传热模型耦合，输入定转子铁心、线圈热容、导热系数以及插值得到的各部件的瞬时损耗，所述各部件的瞬时损耗包括笼条损耗、端环损耗、定子铁耗和转子铁耗，开展温升计算，计算获得下一时间步的温度；

S4、根据插值得到的电磁转矩与给定的阻力矩进行运算，求出当前加速转矩、角加速度和下一时间步的速度，计算公式如下：

其中T_em为电磁转矩，T_R为阻力矩，T_acc为当前加速转矩，Δω为角速度变化，相应时间间隔Δt，为角加速度，speed_i为输入的速度，speed_i+1为下一时间步的速度；

S5、进行判断，如果计算出判断角加速度等于或小于一定数值后，则计算结束，即判断为电磁转矩与阻力矩已达到平衡，电动机将不再加速，进入恒转速稳态运行，判定系统已完成起动过程，当前时间即为起动时间，当前温升即为起动温升；

如果计算出判断角加速度大于一定数值，则进行下一步；

S6、将S3中得到的下一时间步的温度与S4中得到的下一时间步的速度作为输入，从电磁转矩计算结果数据库中进行二维插值，输出结果为电磁转矩和各部件的瞬时损耗；

S7、重复上述S3-S6的步骤，直至计算结束。

本实施例中，通过实际需求对本发明中的各种数据和公式进行选择使用，进一步提高计算结果的准确性，在建模过程中预留温度的参数接口的步骤，通过在建模过程中预留温度的参数接口来方便温度参数的输入，方便控制，节省温度参数的输入时间，热网络模型已考虑各部件之间的换热特征，以及热源的空间分布，同时数据库中的数据在每一个运行电压下以转速与温度为二维变量的空间曲面呈现，方便进行插值计算，通过本实施例能够快速、精准的得到结果。

实施例5

作为本发明的又一佳实施方式，本实施例提供一种笼型电机起动性能分析方法，包括以下几个步骤：

S1、进行电机本体的有限元建模和耦合电路建模，设置边界条件，进行有限元求解并后处理，得到一系列后续计算所需数据，所述数据包括不同定子电压、不同转速、不同转子温度下电机的电磁转矩、定子电流、笼条损耗、端环损耗、定子铁耗和转子铁耗，将得到的数据导出至数据库，所述数据库的数据在每一个运行电压下以转速与温度为二维变量的空间曲面呈现；

S2、从转速为0，笼条起始温度作为输入开始计算，从数据库中进行转速和笼条温度的二维插值，输出结果为电磁转矩和各部件的瞬时损耗；

S3、搭建符合不同部件间传热规律的定子侧传热模型与转子侧传热模型，所述定子侧传热模型与转子侧传热模型独立，所述定子侧传热模型体现定子线圈轴向以及线圈、铁心间传热特征；转子侧传热模型符合笼条分层间径向传热、笼条与定子铁心间周向传热和笼条以及端环间轴向传热规律，所述定子侧传热模型与转子侧传热模型耦合，输入定转子铁心、线圈热容、导热系数以及插值得到的各部件的瞬时损耗，所述各部件的瞬时损耗包括笼条损耗、端环损耗、定子铁耗和转子铁耗，开展温升计算，计算获得下一时间步的温度；

S4、根据插值得到的电磁转矩与给定的阻力矩进行运算，求出当前加速转矩、角加速度和下一时间步的速度；

S5、进行判断，如果计算出判断角加速度等于或小于一定数值后，则计算结束，即判断为电磁转矩与阻力矩已达到平衡，电动机将不再加速，进入恒转速稳态运行，判定系统已完成起动过程，当前时间即为起动时间，当前温升即为起动温升；

如果计算出判断角加速度大于一定数值，则进行下一步；

S6、将S3中得到的下一时间步的温度与S4中得到的下一时间步的速度作为输入，从电磁转矩计算结果数据库中进行二维插值，输出结果为电磁转矩和各部件的瞬时损耗；

S7、重复上述S3-S6的步骤，直至计算结束。

本实施例中，通过实际需求对本发明中的各种数据进行选择使用，进一步提高计算结果的准确性，热网络模型已考虑各部件之间的换热特征，以及热源的空间分布，根据实际使用情况，定子侧传热模型与转子侧传热模型独立，同时数据库中的数据在每一个运行电压下以转速与温度为二维变量的空间曲面呈现，方便进行插值计算，通过本实施例节约了大量计算资源, 能够快速、精准的得到结果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种笼型电机起动性能分析方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

S1、进行电机本体的有限元建模和耦合电路建模，设置边界条件，进行有限元求解并后处理，得到一系列后续计算所需数据，所述数据包括不同定子电压、不同转速、不同转子温度下电机的电磁转矩和各部件的损耗，将得到的数据导出至数据库；

S2、从转速为0，笼条起始温度作为输入开始计算，从数据库中进行转速和笼条温度的二维插值，输出结果为电磁转矩和各部件的瞬时损耗；

S3、搭建符合不同部件间传热规律的热网络模型，输入定转子铁心、线圈热容、导热系数以及插值得到的各部件的瞬时损耗，开展温升计算，计算获得下一时间步的温度；

S4、根据插值得到的电磁转矩与给定的阻力矩进行运算，求出当前加速转矩、角加速度和下一时间步的速度；

S5、进行判断，如果计算出判断角加速度等于或小于一定数值后，则计算结束，即判断为电磁转矩与阻力矩已达到平衡，电动机将不再加速，进入恒转速稳态运行，判定系统已完成起动过程，当前时间即为起动时间，当前温升即为起动温升；

如果计算出判断角加速度大于一定数值，则进行下一步；

S6、将S3中得到的下一时间步的温度与S4中得到的下一时间步的速度作为输入，从电磁转矩计算结果数据库中进行二维插值，输出结果为电磁转矩和各部件的瞬时损耗；

S7、重复上述S3-S6的步骤，直至计算结束。

2.根据权利要求1所述的一种笼型电机起动性能分析方法,其特征在于，所述S1中还包括在建模过程中预留温度的参数接口的步骤。

3.根据权利要求1所述的一种笼型电机起动性能分析方法,其特征在于，所述S1中还包括对电机笼条沿槽深方向进行分块的步骤。

4.根据权利要求1所述的一种笼型电机起动性能分析方法,其特征在于，所述S1中的数据包括不同定子电压、不同转速、不同转子温度下电机的电磁转矩、定子电流、笼条损耗、端环损耗、定子铁耗和转子铁耗。

5.根据权利要求1所述的一种笼型电机起动性能分析方法,其特征在于，所述热网络模型包括定子侧传热模型与转子侧传热模型。

6.根据权利要求5所述的一种笼型电机起动性能分析方法,其特征在于，所述定子侧传热模型体现定子线圈轴向以及线圈、铁心间传热特征；转子侧传热模型符合笼条分层间径向传热、笼条与定子铁心间周向传热和笼条以及端环间轴向传热规律。

7.根据权利要求5所述的一种笼型电机起动性能分析方法,其特征在于，所述定子侧传热模型与转子侧传热模型耦合或独立。

8.根据权利要求1所述的一种笼型电机起动性能分析方法,其特征在于，所述各部件的瞬时损耗包括笼条损耗、端环损耗、定子铁耗、转子铁耗和定子铜耗。

9.根据权利要求1所述的一种笼型电机起动性能分析方法,其特征在于，所述数据库的数据在每一个运行电压下以转速与温度为二维变量的空间曲面呈现。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种笼型电机起动性能分析方法,其特征在于，所述电磁转矩与阻力矩进行运算求出当前加速转矩、角加速度和下一时间步的速度的公式如下：

其中T_em为电磁转矩，T_R为阻力矩，T_acc为当前加速转矩，Δω为角速度变化，相应时间间隔Δt，为角加速度，speed_i为输入的速度，speed_i+1为下一时间步的速度。

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