一種永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)中渦流損耗分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)中渦流損耗分析方法，該方法步驟為：(1)根據(jù)渦流損耗形成機(jī)理和部位的不同，將其獲取方式分為MFS單代碼耦合方式及EFEM棱邊有限元耦合方式；(2)分別對(duì)相同耦合方式的部件模型進(jìn)行組合后網(wǎng)格劃分；(3)對(duì)組合后的模型設(shè)定統(tǒng)一載荷；(4)對(duì)MFS單代碼耦合方式的組建模型采取插值法進(jìn)行載荷轉(zhuǎn)移，通過多場(chǎng)求解器交錯(cuò)迭代求解場(chǎng)分布；(5)采用并行算法求解瞬態(tài)電磁場(chǎng)及溫度場(chǎng)；(6)將不同組件模型的電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)在對(duì)應(yīng)模型上予以體現(xiàn)。本發(fā)明的技術(shù)方案采用單代碼雙向耦合分析和棱邊有限元法的單向耦合分析的電磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)耦合法應(yīng)用到定子鐵心、轉(zhuǎn)子永磁體及溝槽分區(qū)域式的渦流損耗獲取中，結(jié)果將渦流損耗轉(zhuǎn)換為熱功率并以溫度場(chǎng)分布體現(xiàn)，準(zhǔn)確直觀。
【專利說明】一種永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)中渦流損耗分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于仿真【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種針對(duì)新能源應(yīng)用領(lǐng)域中廣泛的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)中進(jìn)行渦流損耗的分析方法，即，永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)中渦流損耗分析方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，由于不可再生能源日趨枯竭等因素的影響，風(fēng)能已成為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的綠色能源之一，憑借其巨大的商業(yè)潛力和環(huán)保效益，得到世界各國(guó)的普遍重視及開發(fā)利用。風(fēng)能作為一種可持續(xù)發(fā)展的清潔能源，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展前景美好，這種新的電力來源將逐步進(jìn)入百姓家庭，最終將成為大眾生活的一部分。
[0003]隨著小型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，電機(jī)性能需要不斷優(yōu)化，不僅功率密度成為衡量其性能好壞的參數(shù)，而且高效性、高節(jié)能率和低損耗也成為研究熱點(diǎn)，特別是降低運(yùn)行溫升成為首要任務(wù)。然而，溫升是各種損耗的綜合表象，要想降低溫升必須明確產(chǎn)生損耗的熱源，以便從根源上解決溫升問題。對(duì)于永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程的損耗大致可分為定子銅損、鐵損、轉(zhuǎn)子和溝槽渦流損耗、機(jī)械損耗及電氣附加損耗，其中前三項(xiàng)損耗在總損耗中占主導(dǎo)地位，而銅損是由電機(jī)繞組線徑及電流基本決定，難以確定的是定子鐵心、轉(zhuǎn)子永磁體及溝槽中的渦流損耗，尤其是對(duì)于永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)。因此，準(zhǔn)確確定渦流損耗及其影響因素，對(duì)降低電機(jī)總損耗、提高效率以及提升電機(jī)的性能都有重要的意義。由于在永磁電機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與感應(yīng)電流形成的交變磁場(chǎng)共同存在，同時(shí)風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行工況的隨機(jī)性較強(qiáng)，其磁場(chǎng)的控制性小，電磁場(chǎng)屬于非線性瞬態(tài)場(chǎng)，也是無源渦流場(chǎng)，產(chǎn)生的渦流損耗不僅受磁場(chǎng)交變頻率、幅值約，還與磁場(chǎng)密度及波形密切相關(guān)，使得旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與交變磁場(chǎng)所產(chǎn)生的鐵心、永磁體及溝槽渦流損耗不確定性較大。因此，從數(shù)值角度準(zhǔn)確計(jì)算渦流損耗幾乎不可能。
[0004]2006-2010年期間，哈爾濱工業(yè)大學(xué)以江善林為首的研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)高速永磁同步電機(jī)的損耗分析與溫度場(chǎng)計(jì)算展開研究，采取了比較經(jīng)典的Bertotti損耗分離計(jì)算模型
(I)計(jì)算了鐵心中的渦流損耗；

【權(quán)利要求】
1.一種永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)中渦流損耗分析方法，其特征在于，該方法步驟如下:(I)對(duì)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的部件根據(jù)渦流損耗形成機(jī)理和部位的不同，將其獲取方式分為MFS單代碼耦合方式及EFEM棱邊有限元耦合方式；(2)分別對(duì)上步相同耦合方式的部件模型進(jìn)行組合后網(wǎng)格劃分；(3)對(duì)組合后的模型設(shè)定統(tǒng)一載荷；(4)對(duì)MFS單代碼I禹合方式的組建模型定義電磁場(chǎng)magi和穩(wěn)度場(chǎng)thel,并設(shè)定兩場(chǎng)共同面為載荷轉(zhuǎn)移標(biāo)識(shí)面,在兩場(chǎng)的約束條件下采取插值法進(jìn)行載荷轉(zhuǎn)移、設(shè)定交錯(cuò)求解次數(shù)、時(shí)間頻率及收斂值，通過多場(chǎng)求解器交錯(cuò)迭代求解場(chǎng)分布；(5)采用并行算法在進(jìn)行(4)步的同時(shí)，對(duì)EFEM棱邊有限元耦合方式的組件模型設(shè)定類型、約束，采用EFEM棱邊有限元求解瞬態(tài)電磁場(chǎng)mag2，瞬態(tài)電磁場(chǎng)的渦流損耗轉(zhuǎn)換為熱功率形成的溫度場(chǎng)the2 ; (6)將(4)、(5)得到的不同組件模型的電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)在對(duì)應(yīng)模型上予以體現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)中渦流損耗分析方法，其特征在于，永磁發(fā)電機(jī)中渦流損耗形式為MFS單代碼耦合方式的部件為定子鐵心和轉(zhuǎn)子永磁體，EFEM棱邊有限元耦合方式的部件為溝槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)中渦流損耗分析方法，其特征在于，步驟(3)中的載荷包括三相正弦電流，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以O(shè)?1200rpm逐漸上升，然后在以相同形式逐漸下降的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)中渦流損耗分析方法，其特征在于，電磁場(chǎng)magi和溫度場(chǎng)thel的稱合傳遞方式為，將magi場(chǎng)中的焦耳熱以載荷的形式傳遞給thel場(chǎng),將thel場(chǎng)中的溫度以載荷的形式傳遞給magi場(chǎng),從而實(shí)現(xiàn)了雙向I禹合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)中渦流損耗分析方法，其特征在于，EFEM棱邊有限元耦合方式的組件模型進(jìn)行求解的過程為，設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)7200s，以矢量插值法直接求解，設(shè)定激勵(lì)為交變電流時(shí)諧載荷下的響應(yīng)，設(shè)置分析變化頻率為O?50Hz，求解得到的電磁場(chǎng)以磁矢量載荷轉(zhuǎn)移到溫度場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)單向耦合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)中渦流損耗分析方法，其特征在于，不同組件模型的電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)通過熱流密度及磁密、熱功率反應(yīng)空間渦流損耗的分布。
7.根據(jù)I至6任一權(quán)利要所述的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)中渦流損耗分析方法，其特征在于，計(jì)算中采用了 ANSYS軟件進(jìn)行仿真模擬。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104182580SQ201410412395
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】溫彩鳳, 汪建文, 孫素麗, 張立茹 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)