本發(fā)明涉及電機(jī)，特別是涉及一種永磁無刷電機(jī)電樞繞組電感值的估算方法。

背景技術(shù)：

在電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及電機(jī)調(diào)試階段，定子繞組電感參數(shù)對于電機(jī)模型的建立，以及對電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行特性分析都非常關(guān)鍵。

電機(jī)在運(yùn)行下，氣隙磁密分布不均勻，會使得同一繞組不同位置的電感值有所區(qū)別；電樞電流的大小會影響氣隙磁密的飽和程度，也會影響繞組的電感值。當(dāng)前電感的計(jì)算方法是根據(jù)公式求得電感不飽和狀態(tài)下的電感值，然后根據(jù)飽和系數(shù)估算電感飽和值。由于電感的飽和程度各不相同，這樣的計(jì)算比較粗略。電樞電流的幅值會影響繞組電感的飽和程度，繞組在電機(jī)中的分布情況也會對電感飽和程度產(chǎn)生影響。飽和系數(shù)的影響因素較多，使得電感值的估算不確定性增大。借助這樣的電感參數(shù)建立的模型并不能很好地反映出電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下氣隙內(nèi)的電磁狀態(tài)，設(shè)計(jì)者無法根據(jù)有效數(shù)據(jù)對結(jié)構(gòu)提出進(jìn)一步的改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)合當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下電機(jī)內(nèi)電磁狀態(tài)，以準(zhǔn)確計(jì)算環(huán)流損耗的永磁無刷電機(jī)電樞繞組電感值的估算方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種永磁無刷電機(jī)電樞繞組電感值的估算方法，包括以下步驟：

(1)建立電機(jī)有限元模型；

(2)對電機(jī)模型進(jìn)行有限元分析；

(3)獲得繞組電感與電樞電流、繞組位置對應(yīng)的參數(shù)表；

(4)根據(jù)參數(shù)表等效模擬估算出電感值。

其中，步驟(1)為：忽略電機(jī)繞組相間互感，電機(jī)繞組選取一相，并選取電機(jī)的四分之一周期建立電機(jī)有限元模型。

步驟(2)為：在電機(jī)有限元模型繞組中分別通入不同幅值的電樞電流，以轉(zhuǎn)子位置為變量進(jìn)行參數(shù)化掃描計(jì)算，測算繞組圓周上每個(gè)位置在不同幅值電樞電流下的電感值，由此獲得不同電樞電流下、不同磁極角度位置繞組的電感值。

步驟(3)為：將繞組電感，電樞電流以及磁極位置對應(yīng)建立參數(shù)表，經(jīng)過曲線擬合分析，獲得電感參數(shù)與電樞電流、磁極位置的變化規(guī)律。

所述參數(shù)表的第一列為電樞電流值，第一行為磁極角度；一組電樞電流，對應(yīng)n組不同的磁極角度，可以得出n組繞組電感值，因此，m組電樞電流值和n組磁極角度值，可以得出m×n組繞組電感值。

所述步驟(4)為：控制器實(shí)時(shí)觀測電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，經(jīng)過分析獲得電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，按照電樞電流和磁極位置確定查表區(qū)間，得到對應(yīng)的繞組電感值。

再者，所述電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)包括電機(jī)電樞電流，電機(jī)角速度和電機(jī)磁極位置。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明考慮到電樞電流對電感飽和程度的影響以及電感值與電樞磁極位置的關(guān)系，控制器實(shí)時(shí)檢測電機(jī)的狀態(tài)變量，分析當(dāng)前狀態(tài)下電機(jī)繞組電感的飽和程度，據(jù)此對可控電感的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣電感值與電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)緊密相關(guān)，動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)；電感值的變化能夠?qū)崟r(shí)反映電機(jī)內(nèi)部的電磁狀態(tài)，使得電磁狀態(tài)可觀測?？梢詭椭O(shè)計(jì)者更準(zhǔn)確地估算出繞組電感值，可用于環(huán)流損耗的估算，對永磁無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)起到很重要的作用。并可應(yīng)用于電機(jī)設(shè)計(jì)以及電機(jī)測試研究和電機(jī)教學(xué)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種電機(jī)電樞繞組電感值的估算方法流程圖；

圖2是電感值求解計(jì)算基本框圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖通過具體實(shí)施方式對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步解釋說明。

一種永磁無刷電機(jī)電樞繞組電感值的估算方法，流程圖如圖1所示，包括以下步驟：

(1)建立電機(jī)有限元模型

建立永磁型無刷直流電機(jī)有限元求解模型，考慮到電機(jī)繞組相與相之間幾乎沒有交鏈，故相間互感可以忽略，電機(jī)繞組選取一相，同時(shí)考慮到電機(jī)的周期性，選取電機(jī)的四分之一進(jìn)行建模求解。

針對不同的電機(jī)會有不同的有限元模型，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)該方法建立相應(yīng)的電機(jī)有限元模型。

(2)對電機(jī)模型進(jìn)行有限元分析

對上述模型進(jìn)行有限元分析，在模型繞組中分別通入m組不同幅值的電樞電流i1，i2，…，im，以轉(zhuǎn)子位置為變量進(jìn)行參數(shù)化掃描計(jì)算，測算繞組圓周上每個(gè)位置在不同幅值電樞電流下的電感值，其中，繞組圓周上每個(gè)位置對應(yīng)不同的磁極角度；由此可以獲得不同電樞電流下、不同磁極角度位置繞組的電感值l11，…,lij，…,lmn，其中，磁極角度取值為θ1,θ2,…,θn。

(3)獲得繞組電感與電樞電流、磁極位置對應(yīng)的參數(shù)表

對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的整理歸納，獲得繞組電感與電樞電流、磁極位置對應(yīng)的參數(shù)表，經(jīng)過曲線擬合分析，獲得電感參數(shù)與電樞電流、磁極位置的變化規(guī)律。

參數(shù)表的第一列為電樞電流值，第一行為磁極角度；一組電樞電流，對應(yīng)n組不同的磁極角度，可以得出n組繞組電感值，因此，m組電樞電流值和n組磁極角度值，可以得出m×n組繞組電感值。該繞組電感與電樞電流、磁極位置對應(yīng)的參數(shù)表如表1所示：

表1.繞組電感與電樞電流、磁極位置對應(yīng)的參數(shù)表

(4)根據(jù)參數(shù)表等效模擬估算出電感值

實(shí)時(shí)觀測電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，經(jīng)過分析便可獲得電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，按照電樞電流和磁極位置確定查表區(qū)間，得到對應(yīng)的繞組電感值；電感值已知的情況下，通過受控電感可以等效模擬出估算電感值。

如圖2所示，控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)設(shè)備獲得電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，控制器依據(jù)檢測到電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，通過查表獲得當(dāng)前電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下電感變化系數(shù)，對受控電感發(fā)出控制指令，受控電感的電感值隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速以及電機(jī)負(fù)載情況實(shí)時(shí)變化，這樣就能夠準(zhǔn)確地還原繞組內(nèi)電感的變化情況。

電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)包括電機(jī)電樞電流、電機(jī)角速度和電機(jī)磁極位置。

實(shí)施例：

電樞電流取值范圍為0a～10a，其中不包括0a，步進(jìn)值為0.5a；磁極角度取值范圍為0°～360°，步進(jìn)值為15°；磁極角度為360°的時(shí)候，與磁極角度為0°的時(shí)候重合，故省略360°。

電樞繞組通入0.5a的電流，當(dāng)磁極角度為0°時(shí)，測算出此時(shí)的繞組電感值為l11，改變磁極位置，使磁極角度為15°時(shí)，再次測算出此時(shí)的繞組電感值為l12，依次類推，測算出磁極角度為345°時(shí)的繞組電感值為l1,24。

同理，電樞繞組通入1.0a的電流，當(dāng)磁極角度為0°時(shí)，測算出此時(shí)的繞組電感值為l21，改變磁極位置，使磁極角度為15°時(shí)，再次測算出此時(shí)的繞組電感值為l22，依次類推，測算出磁極角度為345°時(shí)的繞組電感值為l2,24。

依次類推，當(dāng)電樞繞組分別通入1.5a，2.0a，2.5a，3.0a，3.5a，4.0a，4.5a，5.0a，5.5a，6.0a，6.5a，7.0a，7.5a，8.0a，8.5a，9.0a，9.5a，10a的電流時(shí)，可以依次測算出磁極角度為0°～360°范圍內(nèi)，磁極角度步進(jìn)值為15°的繞組電感值。

實(shí)時(shí)觀測電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，經(jīng)過分析便可獲得電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，按照電樞電流和磁極位置確定查表區(qū)間，得到對應(yīng)的繞組電感值，例如：電樞電流為6.0a，磁極位置為150°，就可根據(jù)上表查得此時(shí)的繞組電感值；電感值已知的情況下，通過受控電感可以等效模擬出估算電感值。

本發(fā)明的工作原理是：電機(jī)電樞繞組電感值可以近似表示為l＝lθ1+klθ1sin2θ，其中，lθ1為上一個(gè)位置電樞繞組的電感，k為電感參數(shù)，θ為電機(jī)磁極的位置；公式參數(shù)不僅與電機(jī)的磁極位置相關(guān)，電樞電流的幅值也會影響氣隙磁密的飽和程度，影響電感值。電機(jī)繞組電感會隨著磁極位置的變化而發(fā)生變化，同時(shí)，電樞電流也會對繞組磁場飽和程度產(chǎn)生一定的影響。考慮到磁極位置、電樞電流對電感值的影響，通過分區(qū)間查表的方式確定電感參數(shù)具有更高的準(zhǔn)確度，這種方法估算出的電感值與當(dāng)前電機(jī)電磁狀態(tài)下的電感值更加接近。