题 目 外转子永磁同步电动机的元模型外文翻译资料

 2022-11-12 20:12:25

英语原文共 4 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

外文文献翻译

题 目 外转子永磁同步电动机的元模型

Metamodel for Permanent Magnet Synchronous

Motor with Outer Rotor

外转子永磁同步电动机的元模型

Janis Dirba, Ludmila Lavrinovicha, Gints Jekabsons, and Sandra Vitolina

摘要：本文介绍了基于数值计算的元模型综合方法。电机的磁场。有限元法元素用于磁性的数值计算场元建模方法自适应基函数构造用于生成相应的多项式。提出的元模型允许分析几何永磁体的尺寸和物理特性，以及气隙大小对其一次谐波值的影响永磁体气隙中的主磁通量带外转子的同步电机。

关键词： 有限元方法，磁通量，元模型，永磁电机

  1. 引言

目前，电机作为电力驱动和供电系统的基本元件将改进后的需求分配给特定的功率、旋转扭矩等参数的改善，同时显著减少损失和简化机器生产工艺。那在这就需要使用更精确的电气方法。机械研究、设计和设计优化同时考虑磁路的实际饱和水平。电机的任何研究参数都取决于大量的可变因素（如几何尺寸、不同部件的材料特性等等）。因此，研究每个因素如何影响用常规方法得出的最终结果实际上是由于计算过多磁场和考虑磁路的困难饱和。在现代条件下，数值方法被广泛应用用于计算磁场[1][2]。这个用数值方法计算磁场如果应用相应的软件方法是有效的。

在本研究规划系统的框架内使用QuickField。它是为数学建模而设计的平面平行和轴向磁场有限元法。编程系统QuickField本身提供了解决高精度、高磁场的任务可视化，计算字段的不同值以及被考虑对象的不同参数和遵守磁化的机会磁性材料与饱和度曲线[3]。然而，数值计算方法也有几个缺点。其中主要与得到的结果只对应于导电区、空气区和铁磁区的某些特定配置以及电流的预设值。如果绕组中的几何尺寸或电流值发生变化，则另外还需要计算磁场。因此要降低昂贵的现实世界的成本实验和减少计算时间，高逼真度科学与工程模拟、元模型，也被称为代理模型，构造为模拟模拟模型的行为可能，但计算成本较低[4]。本文的目标是：考虑一个可用的元模型合成保证磁场数值计算结果推广应用的方法特殊设计的电动机–检查和验证带外转子的永磁同步电动机。

  1. 元建模的理论背景

元建模的主要目标是尽可能精确的模型，并将所需的计算和实验工作[5]。这个包括最小化必要的采样点数量并利用计算效率高的建模方法具有很高的预测性能。在本研究中，作为元建模方法的自适应基础功能构造，采用ABFC[6]。途径可以生成任意复杂度和程度的稀疏多项式，而无需预先定义任何基本功能或预先设置学位–所有要求基函数是为手头的数据。此外，与许多其他最先进的元建模技术——模型由ABFC建立的回归方程可以表示为显式的、简单的回归方程。在[6][7]中可以找到ABFC和其他最先进的元建模方法的比较。假设x是实际计算机的输入分析或自然实验中，一般可以将多项式回归模型定义为基函数展开式（1）

（1）

其中，beta;是模型的系数向量；k是模型中包含的基本函数的数目；fi(x)是基函数通常定义为原始输入的乘积每个变量都有一个单独的指数（2）。

（2）

其中d是输入变量的数目；r是k d矩阵非负整数指数，因此是J中的th变量基函数。系数通过最小化来确定方格。

（3）

其中n是可用采样点的数量；x(i)是i的输入值th采样点；y(i)是实际响应I值第个采样点。给定多个输入变量d，矩阵r与a指定行数k，指定值为它的每个元素都完全定义了多项式模型(1)及其所有基本功能。此外，既不是r值的上限，也不是上限定义了k的界，可以生成任意复杂度的多项式，即任意复杂度的多项式具有任意指数的基函数数每个输入变量。关于ABFC的更完整的讨论在[6]中给出。

  1. 研究对象

本文以四极永磁同步电动机为研究对象，对其进行了研究。这个电机采用外转子设计，如中所示。图1(a)。带有永久磁铁的转子位于外部，但三相绕组的定子在里面。这个电机齿数NZ=12，选用形状槽的形状为椭圆形（图1(b))。在实践中，主要假设总尺寸为因为在很多情况下安装空间电动机是有限的。因此，假定固定值为电机的基本几何尺寸示例（见表一）。

图1电机的设计：（a）电机的横截面；（b）定子槽形状

表I电机的固定参数

参数

尺寸（mm）

转子外径：

64

转子内径：

48

轴直径：

20

定子槽中心间距：

4

定子槽开口宽度：

3

定子槽缝高度：

0.5

定子槽大半径：

3.25
  1. 元模型综合分析客体

众所周知，功率和电磁转矩电动机的运行与磁通量成正比。通过气隙、定子和永磁体。电机气隙中的磁场考虑因素主要受永磁体的几何尺寸和物理性质的影响，以及气隙尺寸。因此，分析上述情况是很有用的。不同组合中提到的参数影响对电机磁场进行分析，找出最佳变体。因此，第一谐波的最大值气隙1中的主磁通量可作为优化任务的目标函数。此外，假设在本研究的框架内，计算精度为5%，并且适用于电机的空载运行条件。检查中使用了五个影响参数。过程，并为每个变量选择一个值范围。表二给出了这些范围的边界值，这是基于电机和可用磁特性材料。

表二 可变因素的边界价值

可变因子

最小值

最大值

PM极重叠角：alpha;，（el.deg）

110

158

PM剩余通量密度：,(T)

0.4

1.2

PM相对渗透率：

1.2

3.6

气隙长度：delta;,(mm)

0.4

0.8

PM厚度：,(mm)

2

3.6

为了合成一个元模型，必须进行磁场计算。从影响磁场的每个因素的值范围已选择字段9均匀排列的值。因此A形成了计算机实验计划，包括81个组合，其中五个变量的计划点均匀覆盖所有多维研究范围空间。然后计算电机空气中主磁通的一次谐波最大值必须对每个变量进行间隙。为了实现计算机实验，在编程系统QuickField。这个模型是开发出来的在VisualBasic编程语言中，描述的命令可以自动更改必要的几何和物理参数，并计算磁场。模型的方法论开发在[8]中描述。对每个数值实验应用（4）的气隙中最大磁通量的一次谐波，用于永磁同步的长度单位。计算了带外转子的电机。

(4)

式中b1m为气隙一次谐波的振幅。磁场(t)；d(2p)s为极截面(m)；ds是定子的外径，(m);2p是数字极点的磁场的一个例子外转子永磁同步电动机通过快速场获得的结果如图2所示。

图2电动机在空载运行时的磁场

计算结果进一步用于用ABFC方法合成元模型如第二章所述。因为目标是分析永久的几何尺寸和性质磁铁首先对磁通量值的影响气隙谐波，元模型描述为五变量函数（5）。

(5)

元模型是由81种组合的实验方案得到的,非常长和复杂多项式的计划最大相对误差值得分为2%，低于最初商定的水平准确性。为了验证可接受的结果，计划点数较少，另一个利用49个数值实验结果，合成了元模型。在这种情况下，从每个检查因子7的平均排列值都被选择。用该方法合成的元模型(6)的验证数值实验数量的减少表明计划点最大相对误差小于3%中间点低于4%。因此永磁同步电动机的实际分析带外转子的电机，建议采用以下方程式：

=-0.02812 0.02451-0.003222-0.004941delta;-0.007511

0.006611 0.0003551alpha;-0.2448-0.919 0.0002018

-0.2805 0.0003083-0.0005296 (6)

显示PM极重叠角的影响，其中是最相关的参数之一，可以开发一条曲线来显示磁场的一次谐波的变化气隙中的磁通量1.图3表示气隙中的磁通量这样的曲线具有以下固定参数:Br = 1.2 T,r = 1.2,= 0.5mm,hpm = 2.6mm. 应当指出的是通过合成的元模型获得这样的图形摘要更加简单和方便(6)而不是按照计算(4)制成的QuickField。

图3. 根据永磁体磁极重叠角度主磁通一次谐波的变化气隙

综合元模型(6)可用于分析影响外转子永磁同步电动机的主磁通。为了找到气隙中的主磁通量，必须考虑通量密度的限制。例如，转子和定子磁轭的磁通密度不超过1.65T，但定子中的磁通密度齿数应小于2T。

  1. 总结

可以得出以下结论：

  1. 磁场数值计算的应用带有外转子的永磁电机的磁场允许合成用于确定的元模型考虑实际情况的磁通量和其他参数磁路的饱和水平。
  2. 磁场一次谐波的可接受结果研究对象的通量可用49数值实验计算点。
  3. 所开发的元模型可以很容易地应用于解决电机设计优化的任务。获得更精确的结果，合成了元模型需要考虑的可变因素范围也包括通量密度限制。
  4. 参考文献
  5. K. Hameyer, R. Belmans, Numerical Modelling and Design of Electrical Machines and Devices, Southampton, Boston, WITpress, 1999, p. 305.
  6. A. Zviedris, A Podgornovs, Mathematical modelling of electromagnetic fields in electrical machines, Riga, Latvia, RTU, 2010, p. 102 (in Latvian).
  7. QuickField. Finite Element Analysis System. Version 5.7. Users Guide. Denmark: Tera Analysis, 2010, [Online]. Available: http://www.quickfield.com
  8. V. C. P. Chen, K-L. Tsui, R. R. Barton, and M. Meckesheimer, “A review on design, modeling and applications of computer experiments”, IIE Trans, vol. 38(4), pp. 273–291, 2006.
  9. R. Jin, W. Chen, and A.

    剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

    资料编号：[18539]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章