本发明属于变频电机电磁设计，具体涉及一种变频电机气隙长度的优化方法及电磁设计参数的确定方法。
背景技术：
1、随着电力电子技术及新型半导体器件的迅速发展，交流调速技术得到不断的完善和提高，逐步完善的智能调速驱动器以其优异的性能在交流电机上得到广泛应用，但其运行过程中会产生不同程度的谐波电压和电流，应用在普通电机上时，会造成电机温升的增加，效率的降低等，于是设计一款合适的变频电机显得尤为重要。
2、目前，变频电机的电磁设计一般是按照经典的磁路设计方法，得到初始关键尺寸和参数，之后再适当改变部分参数，这往往无法得到相对准确的关键尺寸。
3、为了减少智能调速驱动器的谐波波形所造成的损耗，适当地增大电机气隙长度是变频电机设计中必不可少的环节，但针对不同功率，不同极数等电机要求，往往无法在前期的电磁设计中计算出合适的气隙长度。不合适的气隙长度会使得电机温升过高，不仅会降低电机运行效率，还会造成电机绝缘损伤，减少电机的使用寿命。
4、计算出电机的气隙长度理论最优解是变频电机电磁设计的关键所在，对于此，目前现有技术中还没有更好的设计方法。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是弥补现有技术的不足，提供一种变频电机气隙长度的优化方法及电磁设计参数的确定方法。
2、要解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
3、一种变频电机气隙长度的优化方法，包括如下步骤：
4、步骤一：建立变频电机总损耗与气隙长度的二元关系式；
5、步骤二：基于变频电机总损耗与气隙长度的关系式，引入牛顿-拉弗森法，构建气隙长度函数：
6、 （1）；
7、步骤三：基于气隙长度函数构建牛顿-拉弗森公式：
8、 （2）；
9、步骤四：选取运行效率；利用普通感应电机气隙长度计算公式得到初始气隙长度：
10、；
11、步骤五：将初始气隙长度代入牛顿-拉弗森公式中进行迭代计算，当时，结束迭代操作，得到气隙长度最终值；
12、步骤六：基于步骤六中获得的气隙长度最终值计算出功率因数；
13、如果计算出的功率因数不满足设计要求，则调整运行效率，重复步骤五；
14、如果计算出的功率因数满足设计要求，则步骤五中获得的气隙长度最终值即为气隙长度理论最优解。
15、进一步地，步骤一中，所述变频电机总损耗包括定子铜损、转子铜损、铁损和通风损耗，分别建立定子铜损、转子铜损、铁损和通风损耗与气隙长度的二元关系式：、、和，则变频电机总损耗表示为：
16、 （3）。
17、进一步地，所述定子铜损、转子铜损与气隙长度的二元关系式的建立方式为：
18、先建立磁化气隙所需定子电流与气隙长度的二元关系式；
19、根据变频电机基波等效电路获得电路等效阻抗、电路等效电阻和电路等效电抗：
20、 （4）；
21、 （5）；
22、 （6）；
23、其中，是基波电压幅值，是基波定子电流有效值，是输入功率，是功率因数；
24、（7）；
25、（8）
26、联合式（7）和式（8），可得电路等效电阻和电路等效电抗分别为：
27、（9）；
28、其中，是定子电阻，是定子漏抗，是励磁电阻，是励磁电抗，是转子归算等效电阻，是转子归算等效漏抗；
29、联合式（4）和式（9），将、、、、和分别转变为关于的二元关系式：
30、 （10）
31、由于基波定子电流有效值与磁化气隙所需定子电流近似相等，令，则基波定子电流有效值与气隙长度的二元关系式为；
32、则式（10）改写为：
33、 （11）；
34、根据变频电机谐波等效电路获得：谐波定子电阻、谐波励磁电阻、定子谐波漏抗、转子归算等效谐波漏抗、谐波转子归算等效电阻和k次谐波电感：
35、 （12）；
36、其中，k表示k次谐波，是为集肤效应时的电阻增加系数，是k次谐波绕组因数；
37、将式（11）代入式（12），得：
38、 （13）；
39、根据根据变频电机基波等效电路得基波励磁电流和转子归算等效电流，根据变频电机谐波等效电路得谐波励磁电流和谐波转子归算等效电流：
40、 （14）；
41、式中，为与之间的相位差；
42、 （15）；
43、式中，为与之间的相位差；
44、 （16）；
45、式中，为与之间的相位差；
46、 （17）；
47、式中，为与之间的相位差；
48、由于高次谐波对电机运行带来的影响较小，这里仅考虑5次和7次谐波的影响，则定子铜损和转子铜损分别为：
49、 （18）；
50、 （19）。
51、进一步地，磁化气隙所需定子电流与气隙长度的二元关系式为：
52、 （20）；
53、其中，是极对数；是定子槽宽度；是真空磁导率；为相数；为定子槽数；
54、是定子内径，，是气隙直径，
55、，
56、是额定功率，是电机常数，
57、是等效轴向长度与气隙直径长径比，且，
58、是每秒同步转速，且，是额定频率；
59、是定子绕组的基波绕组因数：
60、，
61、是绕组节距，是每极每相槽数，是极距，；
62、是气隙磁密，的取值范围是[0.7，0.9]。
63、进一步地，所述铁损与气隙长度的二元关系式为：
64、（20）；
65、其中是基波铁损，是5次谐波铁损，是7次谐波铁损；
66、 （21）；
67、其中，是磁滞损耗系数，是涡流损耗系数，是杂散损耗系数，基波角频率，是k次谐波电压幅值，是定子外径。
68、进一步地，所述通风损耗与气隙长度的二元关系式为:
69、（22）；
70、其中，为空气密度，为流阻系数。
71、一种变频电机电磁设计参数的确定方法，采用如上所述的变频电机气隙长度的优化方法获得气隙长度理论最优解，令，并代入式（23）-式（27），分别计算：
72、定子内径：
73、 （23）；
74、定子外径：
75、 （24），
76、其中，是定子槽开口高度，是定子槽肩高，是定子槽肩口，定子槽绕组梯形高度，是定子槽绝缘间距，是定子轭部磁高度；
77、转子外径：
78、 （25）；
79、转子内径：
80、 （26），
81、其中，是转子导条高度，是转子轭部磁高度；
82、定、转子铁心长度：
83、 （27），
84、；
85、气隙磁密：
86、 （28）
87、其中，是并联支路数，是反电动势，是串联匝数，是每极磁通密度算术平均值系数的取值范围为[0.6，0.77]；
88、先从对应的取值范围中分别为和赋予拟定值，使，；将和代入式（9），计算得：
89、 （29）
90、对计算得的进行取整，得；
91、令，并反代入式（9），得到修正后的气隙磁密。
92、本发明可以达到的有益效果为：通过建立变频电机总损耗与气隙长度的二元关系式，进入牛顿-拉弗森方法构造牛顿-拉弗森公式进行迭代寻优，并将变频电机设计运行效率和功率因数作为设计校核条件，最终得到变频电机设计的气隙长度理论最优解，从而基于气隙长度理论最优解可以计算出一整套较为精准的电磁设计参数，减少智能调速驱动器带来的谐波损耗，减少绝缘损伤，增加电机使用寿命。
1.一种变频电机气隙长度的优化方法，其特征是：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的变频电机气隙长度的优化方法，其特征是：步骤一中，所述变频电机总损耗包括定子铜损、转子铜损、铁损和通风损耗，分别建立定子铜损、转子铜损、铁损和通风损耗与气隙长度的二元关系式：、、和，则变频电机总损耗表示为：
3.根据权利要求2所述的变频电机气隙长度的优化方法，其特征是：所述定子铜损、转子铜损与气隙长度的二元关系式的建立方式为：
4.根据权利要求3所述的变频电机气隙长度的优化方法，其特征是：磁化气隙所需定子电流与气隙长度的二元关系式为：
5.根据权利要求2所述的变频电机气隙长度的优化方法，其特征是：所述铁损与气隙长度的二元关系式为：
6.根据权利要求2所述的变频电机气隙长度的优化方法，其特征是：所述通风损耗与气隙长度的二元关系式为:
7.一种变频电机电磁设计参数的确定方法，其特征是：采用如权利要求1所述的变频电机气隙长度的优化方法获得气隙长度理论最优解，令，并代入式（23）-式（27），分别计算：
