一种用于利兹绕组的环流损耗的分析优化方法

本发明涉及绕组铜损分析及绕组设计领域，尤其涉及一种用于利兹绕组的环流损耗的分析优化方法。

背景技术：

1、电机的高速化可减小电机的体积重量，提高其功率密度，具有可与高速负载直接相连、省去传统的机械增速装置、减小系统噪音和提高系统传动效率等特点，在很多领域中都具有广阔的应用前景。随着转速的增加，其付出的代价是带来电机更高的损耗密度，包括铜损、铁损、风阻损耗。其中绕组的铜损在电机损耗中占据较大的比重，过高的铜损会带来严重的发热，导致绕组绝缘破坏，电机性能下降，严重时会毁坏电机。因此对于绕组的铜损研究是不可忽视的一个部分。

2、在高速电机中，绕组内的电流频率高，带来明显的集肤效应和邻近效应，引起较为严重的交流铜耗，使绕组局部温度上升，破坏绕组绝缘，危害电机安全运行。为了降低集肤效应或邻近效应的影响，高速电机通常会采用截面较小的导线，以多股并绕的方式组成一匝绕组，或使用利兹绕组，可以一定程度上消除集肤效应以及邻近效应的影响，减小涡流损耗，但会降低槽满率，并且会在线束之间带来环流。其中的环流损耗是指电机绕组采用多股并绕的形式时，在邻近效应和槽部漏磁的影响下，多股导线匝链的磁链存在差异，导致不同导线感应的电势不相等，这个电压的差异会在多股导线之间形成环流。对于高速工况下利兹绕组的铜损计算而言，环流损耗的分析计算是重中之重。

3、因此，如何在高频交变磁场下设计用于利兹绕组的环流损耗分析方式，降低利兹绕组环流损耗分析的复杂程度，成为了需要研究的问题。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供一种用于利兹绕组的环流损耗的分析优化方法，能够在高频交变磁场下对利兹绕组的环流损耗进行分析，降低利兹绕组环流损耗分析的复杂程度。

2、为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

3、s1、获取待分析的利兹绕组的结构参数集合，并建立所述待分析的利兹绕组的结构参数随轴向长度变化的坐标函数模型；

4、s2、建立电机二维有限元模型，并采样得到电机槽内不同位置的电压和电感参数；

5、s3、利用s1中建立的所述坐标函数模型和s2中采样得到电压参数和电感参数，确定利兹绕组的每股绞绕线束对应的电压和电感；

6、s4、将s3中所获取的每股绞绕线束对应的电压和电感，代入所述利兹绕组的阻抗矩阵，得到每股绞绕线束中的环流，再根据每股绞绕线束中的环流确定环流损耗。

7、本发明实施例提供的用于利兹绕组的环流损耗的分析优化方法，基于利兹线的结构参数，推导得到利兹线各股绞绕线束的坐标位置；通过插值采样，得到非均匀非线性交变磁场中各处的电压与电感；结合利兹线各股绞绕线束的坐标位置，插值积分得到其电压与电感；根据阻抗矩阵，精确计算得到其环流损耗。本发明所述的计算方法针对非均匀非线性磁场中，目前一般圆线的交流损耗计算方法不适用的问题，并绕/绞绕形式的绞合线，提出的一种新的交流损耗计算方法。对于利兹线而言，由于其绞合结构，涡流损耗几乎为零，可忽略不计。基于其结构参数和绞绕规律，可以插值得到各个位置下的电压与电感，从而代入阻抗矩阵计算得到其环流损耗。避免了传统的导线铜损解析公式难以准确且便捷地计算得到具有绞绕结构的利兹线各股绞绕线束的环流损耗，同时通过三维有限元仿真分析建模困难，耗时过长的问题，降低利兹绕组环流损耗分析的复杂程度。

技术特征：

1.一种用于利兹绕组的环流损耗的分析优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在s1中，所述待分析的利兹绕组的结构参数集合，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述待分析的利兹绕组的结构参数随轴向长度变化的坐标函数模型，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在s1所建立的坐标函数模型中，对于矩形截面的利兹绕组，其第j股绞绕线坐标xj(l),yj(l)表示为：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在s1所建立的坐标函数模型中，对于圆形截面的利兹线，其第j股绞绕线坐标xj(l),yj(l)表示为：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在s2中，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在s3中，包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在s4中，每股线的环流表示为：

技术总结
本发明实施例公开了一种用于利兹绕组的环流损耗的分析优化方法，涉及绕组铜损分析及绕组设计领域，能够在高频交变磁场下对利兹绕组的环流损耗进行分析，降低利兹绕组环流损耗分析的复杂程度。本发明包括：获取待分析的利兹绕组的结构参数集合，并建立所述待分析的利兹绕组的结构参数随轴向长度变化的坐标函数模型；建立电机二维有限元模型，并采样得到电机槽内不同位置的电压和电感参数；利用所述坐标函数模型和采样得到电压参数和电感参数，确定利兹绕组的每股绞绕线束对应的电压和电感；将所获取的每股绞绕线束对应的电压和电感，代入所述利兹绕组的阻抗矩阵，得到每股绞绕线束中的环流，再根据每股绞绕线束中的环流确定环流损耗。

技术研发人员：张健,蒋昊哲,张卓然,胡光源,于立
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16