關(guān)于Ansoft maxwell中轉(zhuǎn)子初始位置角及激勵(lì)源初始相位角的說(shuō)明（6月18日更新）

2017-05-10 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

若對(duì)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析,則須采用瞬態(tài)場(chǎng)(transient)模塊,并且assign band,和進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)置(motion setup)。電機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式主要分為直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),本帖針對(duì)廣大新手包括很多老手搞不清楚的地方,進(jìn)行了研究,并附上實(shí)際工程,供大家學(xué)習(xí)和參考。

一、對(duì)于直線運(yùn)動(dòng),以廣泛使用的直線電機(jī)為例,作具體闡述。
直線電機(jī)band設(shè)置有個(gè)原則,即要確保動(dòng)子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,不要超過(guò)band的范圍。另外,除了指定band,還需要用一個(gè)空氣包貼著動(dòng)子表面,將動(dòng)子包住。顯然,band尺寸要比空氣包尺寸大。最后,不要忘記再用一個(gè)大大的空氣包,將所有模型包住,以使得求解域連通。

直線電機(jī)指定band后,還需要設(shè)置initial position和運(yùn)動(dòng)界限(即指定negative和positive數(shù)值)。initial position是指動(dòng)子的初始位置,是以畫圖的位置作為0參考位置。initial position為0,則意味著動(dòng)子初始位置如畫圖的位置,保持不動(dòng)。若設(shè)置初始位置為正值,則意味著動(dòng)子的初始位置為,沿畫圖的位置向坐標(biāo)軸正方向移動(dòng)該數(shù)值后的位置。negative和positive也是以圖中的位置作為0參考位置,動(dòng)子沿坐標(biāo)軸負(fù)向和正向移動(dòng)的位移。

二、對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),以廣泛使用的同步電動(dòng)機(jī)為例,作具體闡述。
對(duì)所建模型中轉(zhuǎn)子所在的位置,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)某一角度,使得電機(jī)A相繞組通正向電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向反向。之所以是反向而不是重合,是因?yàn)閍nsoft默認(rèn)電機(jī)采用電動(dòng)機(jī)慣例,也就是電流和反電動(dòng)勢(shì)反向。而該角度,就是轉(zhuǎn)子初始位置角(initial position)。所謂A相繞組通正向電流,即A相帶電流方向?yàn)榱鞒?positive),X相帶電流方向?yàn)榱魅?negative)。至于A相繞組通正向電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向,可使用右手螺旋定則判定。此時(shí)指定的轉(zhuǎn)子初始位置角,使得A相初始時(shí)刻交鏈的磁通為最大值,因此A相初始時(shí)刻感應(yīng)電勢(shì)大小為0,進(jìn)一步分析還可以得出,A相初始時(shí)刻感應(yīng)電勢(shì)相位也為0。因此A相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為EA=Em*sin(ωt),其他兩相可依據(jù)三相對(duì)稱關(guān)系寫出。

轉(zhuǎn)子初始位置角確定以后,激勵(lì)源初始相位角要與其匹配才行。根據(jù)電機(jī)學(xué)基本原理,對(duì)發(fā)電機(jī),空載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)超前于電壓一個(gè)角度,該角度就為功角(δ)。對(duì)于電動(dòng)機(jī),則為滯后關(guān)系。因此,若所仿真模型為電動(dòng)機(jī)(發(fā)電機(jī)),施加激勵(lì)源為電壓源時(shí),那么A相電壓源表達(dá)式應(yīng)為UA= Um*sin(ωt+δ)(對(duì)發(fā)電機(jī):UA= Um*sin(ωt-δ)),其他兩相可依據(jù)三相對(duì)稱關(guān)系寫出。

三、有關(guān)說(shuō)明:

1、對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),本帖所述方法具有很廣的適用范圍,可適用于所有類別的同步電機(jī),諸如汽輪發(fā)電機(jī),水輪發(fā)電機(jī),永磁同步電機(jī),爪極電機(jī),感應(yīng)子電機(jī),等等。

2、也可以不按照本帖中默認(rèn)的轉(zhuǎn)子位置角及激勵(lì)源初始相位角進(jìn)行設(shè)置,但無(wú)論怎樣,二者一定要相匹配,即轉(zhuǎn)子在空間上轉(zhuǎn)動(dòng)多少電角度,那么電壓或電流在時(shí)間上也應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的電角度。

3、如果轉(zhuǎn)子初始位置角和激勵(lì)源初始相位角不匹配,那么仿真所得到的電流,轉(zhuǎn)矩,功率曲線都是錯(cuò)誤的,而反電勢(shì)和電壓是不受影響的,其中道理不難理解。

4、本貼是基于sin函數(shù)施加激勵(lì),也可以采用cos函數(shù),但轉(zhuǎn)子位置角需要在本帖所述方法基礎(chǔ)上,移動(dòng)90度電角度。

5、不建議采用電流源,因?yàn)閷?duì)于二維模型,若施加電流源且導(dǎo)線形式設(shè)置為多股(stranded),則無(wú)法計(jì)及電機(jī)繞組和端部電感。若導(dǎo)線形式設(shè)置為單股(solid),雖然可計(jì)及電阻,但與電機(jī)多股導(dǎo)線實(shí)際情況不符。

6、附件為基于Ansoft 14版本,電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)rmxprt及maxwell模型。在轉(zhuǎn)子初始位置角及電壓源初始相位角匹配的前提下,分別設(shè)置了兩組不同轉(zhuǎn)子初始位置角及相應(yīng)的電壓源初始相位角,仿真結(jié)果表明,本貼研究結(jié)論正確。

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