一种双馈式感应电机有限元电磁仿真的快速设置转子电流的方法

摘要

本发明公开了一种双馈式感应电机有限元电磁仿真的快速设置转子电流的方法，步骤一、在有限元电磁模型的输入参数设置：在有限元电磁仿真模型中，输入定子电压参数，转子电流设置为非零值，其角度需与定子电压不同；步骤二、运行第一次有限元电磁仿真得到仿真结果：得到定子磁链、转子磁链、定子电流与转子电流的仿真结果；步骤三：对所得仿真结果进行dq变换；步骤四：绕组折算：利用等效电路进行计算，将双馈式感应电机的转子侧绕组折算至定子侧；步骤五：计算电机电感值：计算定子电感Ls、转子电感Lr与定转子互感Lm。本发明，无需进行转子电流迭代即可得到电机在某一特定运行点的转子电流，进而缩短双馈式感应电机的有限元电磁仿真的时长。

说明书

技术领域

本发明涉及感应电机有限元电磁仿真技术领域，尤其涉及一种双 馈式感应电机有限元电磁仿真的快速设置转子电流的方法。

背景技术

双馈式感应电机广泛应用于风力发电领域，其定子与电网直接相 连，转子通过变换器与电网相连。对接入电网的双馈式风力发电机， 普遍要求运行寿命能够在10年以上。因此，一款优秀的双馈式感应 发电机需要具有良好的电磁性能以保障其运行可靠性，如高效率、低 转矩波动、分布均匀的铜损等等。要设计一款性能良好的电机，不仅 需要对设计进行有限元电磁仿真以检验其电磁性能，更需要对设计进 行优化使其性能达到最优，如应用遗传算法、粒子群算法等等。电机 的有限元电磁仿真对运算量要求较高，特别是对感应电机的电磁仿 真。更重要的是：由于双馈式感应电机复杂的结构，并且受到磁饱和 的影响，要检验电机在某一特定运行点的性能时，目前所采用的方法 需要对转子电流值进行迭代，以使双馈式感应电机的有限元电磁模型 能够运行到特定的工作点，这又进一步增加了仿真时长，使得应用优 化算法对感应电机的电磁设计进行优化在时间上不可接受，目前鲜见 针对感应电机的依据有限元仿真的电磁优化的文献。

因此，为了解决上述问题，本发明提出一种双馈式感应电机的有 限元电磁仿真的快速设置转子电流的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中“需要进行转子电流迭代才 能得到电机在某一特定运行点的转子电流，大大的延长了双馈式感应 电机的有限元电磁仿真时长”的缺陷，从而提出一种双馈式感应电机 有限元电磁仿真的快速设置转子电流的方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种双馈式感应电机有限元电磁仿真的快速设置转子电流的方 法，步骤如下：

步骤一、有限元电磁模型的输入参数设置：双馈式感应电机的有 限元电磁模型中，定子接电压源，转子接电流源，定子电压幅值U

步骤二、运行第一次有限元电磁仿真，并得到如下仿真结果：定 子磁链ψ

步骤三、对电磁仿真结果进行恒幅值dq变换，得到定子磁链 ψ

步骤四、对转子电流与转子磁链进行绕组折算，得到i

步骤五、计算双馈式感应电机在特定定子电压下的电感值，定子 电感L

步骤六、依据步骤5所得到的电感值，计算特定工作点所对应的 转子电流值

步骤七、对计算得到的转子电流值进行绕组反折算与dq反变换， 并将计算结果输入有限元电磁模型中；

步骤八、运行仿真，即可得到双馈式感应电机在该特定工作点的 电磁仿真结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、与现有技术相比，本发明可实现对特定工作点的双馈式感应 电机转子电流的无迭代计算，进而快速得到该工作点的电机的电磁性 能。

2、本发明无需进行转子电流迭代即可得到电机在某一特定运行 点的转子电流，进而缩短双馈式感应电机的有限元电磁仿真的时长。

附图说明

图1是本发明提出的一种双馈式感应电机的有限元电磁仿真的 快速设置转子电流的方法的流程图。

图2是本发明提出的一种双馈式感应电机的有限元电磁仿真的 快速设置转子电流的方法中步骤一中的转子电流设置示意图。

图3是本发明提出的一种双馈式感应电机的有限元电磁仿真的 快速设置转子电流的方法中电感计算结果。

图4是本发明中双馈式感应电机电磁性能有限元分析结果。

图5是本发明中定子功率因数示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-5，本发明提供的一种双馈式感应电机有限元电磁仿真 的快速设置转子电流的方法，具体步骤如下：

步骤一、有限元电磁模型的输入参数设置：双馈式感应电机的有 限元电磁模型中，定子接电压源，转子接电流源；定子电压幅值U

步骤二、运行第一次有限元电磁仿真：

转子转速设置为0，运行仿真，得到定转子磁链、定转子电流的 仿真结果；定子磁链ψ

步骤三、对所得到的有限元电磁仿真结果进行dq变换：

变换矩阵如公式(1)所示，

其中，ω

步骤四、绕组折算：

类似于变压器将二次侧绕组折算至一次侧，然后方可利用等效电 路进行计算。在此，对于双馈式感应电机，需要将转子侧绕组折算至 定子侧，如公式(6)所示，

其中，K为定转子等效绕组匝数比，其计算如公式(7)所示，

其中，N

步骤五、计算电机电感值：

绕组折算后，依据定转子磁链方程，计算电机电感值，如公式(8) -(10)所示。

为了避免公式(8)与(9)中的分母为0，在步骤1设置转子电 流时，需要满足公式(11)，即定子电流与转子电流间的角度相差不 能为π的整数倍。

步骤六、计算对应工作点的转子电流值：

电机的电感值在步骤5完全确定后，即可依据转子磁链方程计算 工作点相对应的转子电流值，如公式(12)所示，

其中，

步骤七、绕组反折算与dq反变换：

公式(12)中所得到的的转子电流为折算至定子侧的值，要得到 其在转子侧的实际值，则需要进行绕组反折算，如公式(13)所示。

在有限元电磁仿真模型中，需要输入转子ABC三相的电流，因此， 需要进行dq反变换，如公式(14)与(15)所示。

步骤八、在模型中输入转子电流计算值，同时，依据工作点实际情况 设置转子转速，并运行有限元电磁仿真，得到电磁仿真结果。

通过上述步骤，可完成对双馈式感应电机有限元电磁仿真的无迭 代快速设置转子电流的方法。

其中：本实施例中电机具体参数如下，定子外直径412mm；定子 内直径298mm；转子外直径296.4mm；转子内直径197mm；定子槽数 72；转子槽数60；定转子均为3相绕组。

在步骤1设置转子电流时，需要确保公式(11)得到满足，如图 3所示；本实施例中，定子电压设定为电网额定值，即220V。

步骤5中，依据公式(8)-(11)计算电机电感值，如图3所示。

本实施例中，期望的工作点为双馈式感应电机的额定工作点，定 子为单位功率因数，即定子电压与定子电流相差180°电角度；依据 计算所得到的转子电流，设置于第二次的电磁仿真中，得到电磁仿真 结果，如图4、图5所示；由图5可看出，依据计算所得到的转子电 流值，定子电压与定子电流相差180°电角度，符合预期要求。

本发明方法可完成对双馈式感应电机有限元电磁仿真的无迭代 快速设置转子电流，进而显著缩短电机的电磁设计周期。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于 本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含 在本发明的权利要求范围之内。