异步电机时步有限元近似初值估算方法.pdf

TEGAOZHUANDI 特 稿 专 递 异步电机时步 限元运秣韧值佑算靠法 李志强，赵海森，刘明基 (华北电力大学 电气与电子工程学院 北京 102206) 有限元仿真计算。计算实例表明，上述措施可以很 O 引言 好地减少电气量和机械量误差相互影响而造成的暂 态过程振荡，使初值给定误差引起的暂态过程大大 时步有限元法不仅普遍应用于电机暂态过程的 缩短。此外，文中方法也可推广应用于永磁同步电 分析，而且也常用于研究稳态运行时电机内的非正 机的仿真计算。 弦量以及由转子转动引起的齿槽效应ll_1。当所分析 的重点仅仅是稳态运行工况或稳态运行中突然发生 1 初值对时步有限元计算的影响 的暂态过程时，那么稳态运行之前的仿真显然是不 必要的。然而除电机零状态启动外 。其他工况下时 异步电机时步有限元可用以下非线性方程组表 步有限元的初值均无法准确给定 ，而电机零状态启 示 动到达稳态所需的仿真时间太长，并不适合分析上 KX+HX (1) 述稳态特性或在稳态基础上的暂态问题[]。为了尽 式中：表示状态变量 ，包括各节点向量磁位 、定子 量减少仿真所需时间，文献 3【】提出利用正弦稳态场 电流 、端环电流、转子位置和速度 ； 表示 对时间 对复模型进行计算得到的结果作为时步有限元初值 的导数；K和日是系数矩阵；．，是包含电压和负载转 进行仿真计算。然而由于无法很好地考虑饱和及转 矩的列向量。 子运动带来的影响，正弦稳态场得到的结果与实际 从物理过程来看 ，只要负载转矩小于异步电机 值之间存在一定误差 ，从而会产生一个由初值误 最大转矩，不管初始状态如何，电机最终将达到稳定 差引起的较长的暂态过程。为缩短这一暂态过程， 运行状态。参照线性微分方程组解的形式，可将时 本文采取了如下措施：首先，利用场路耦合稳态有限 步有限元的解表示如下： 元方法计算出各状态变量的初值 ，该方法可以充分 ()= (0)e+甙) (2) 计及饱和等因素的影响，并且其计算结果也能更精 式中：()表示时步有限元的仿真结果；￡)表示不依 确；其次考虑到电气暂态远快于机械暂态．在时步有 赖于电机初始状态的稳态解 ；(0)表示异步电机初 限元计算的初始阶段保持转速不变，当电气量充分 始时刻各状态变量的值；e为决定各状态变量衰减 衰减后再解除转速不变的约束进行稳态工况的时步 的基本矩阵，电机进入稳定运行后衰减为零。 收稿 日期：2009一Ol一23 基金项 目：同家 自然科学基金项 目5(0777018)。 作者简介：李志强(1978一)，男，博士研究生 ，从事电机 内电磁场数值计算硬节能电机方面的研究。 特 稿 专 递 TEGAOZHUAND 然而，除了零状态启动外，初始值 f0)通常很难 准确给定。实际计算中只能给出一个近似值 』0)，由 箬=0 此会带来仿真上的误差。在近似初值xo(o)情况下，时 ~2-Ecos6