永磁同步電機(jī)交直軸電感計(jì)算(共11頁)

1、參數(shù)化掃描的有問題，但是趨勢應(yīng)該差不多永磁電機(jī)永磁同步電機(jī)分為表面式和內(nèi)置式。由于永磁體特別是稀土永磁體的磁導(dǎo)率近似等于真空磁導(dǎo)率，對于表面式，直軸磁阻和交軸磁阻相等，因此交直軸電感相等，即Ld=Lq，表現(xiàn)出隱極性質(zhì)。對于內(nèi)置式，直軸磁阻大于交軸磁阻（交軸通過路徑的磁導(dǎo)率大于直軸），因此Ld<Lq，表現(xiàn)出凸極電機(jī)的性質(zhì)。磁動(dòng)勢、磁阻：磁場強(qiáng)度H沿一路經(jīng)的積分等于該路徑上的磁壓，用符號(hào)U表示，單位為A。磁場強(qiáng)度沿一條閉合路徑的積分等于等于該路徑所包圍的電流數(shù)，即F=lHdl=i=1kIi,稱為安培環(huán)路定律。由于磁場為電流所激發(fā)，上式中回路所環(huán)繞的電流稱為磁動(dòng)勢，用F表示（A）。在電機(jī)設(shè)計(jì)中

2、，為簡化計(jì)算，通常把電機(jī)的各部分磁場簡化為相應(yīng)磁路。磁路的劃分原則是：每段磁路為同一材料；磁路的截面積大體相同；流過該磁路各截面的磁通相同。電機(jī)等效磁路的基本組成部分為磁動(dòng)勢源、導(dǎo)磁體和空氣隙，磁動(dòng)勢源為永磁體或通電線圈。圖3-1為一圓柱形的磁路，其截面積為A，長度為L，假設(shè)磁通都通過該圓柱體的所有截面且在其截面上均勻分布，則該段磁路上的磁通和磁壓分別為=BAU=HL，與電路中電流和電壓的關(guān)系類比，定義Rm=U,為該段磁路的磁阻，上式稱為磁路的歐姆定律。磁阻用磁路的特性和有關(guān)尺寸為Rm=LA（L是長度，是磁導(dǎo)率）,與電阻的表達(dá)式在形式上類似。磁阻的倒數(shù)為磁導(dǎo)，用表示，=AL。眾所周知，若氣隙長

3、度均勻、磁密在一個(gè)極距范圍內(nèi)均勻分布、鐵心端部無磁場邊緣效應(yīng)，則氣隙磁壓降為F=H=B0=0La,式中，為每極磁通；為氣隙長度；為極距；La為鐵心長度。調(diào)速永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為表面型和內(nèi)置型。由于永磁體特別是稀土永磁體的磁導(dǎo)率近似等于真空磁導(dǎo)率，對于表面式，直軸磁阻與交軸磁阻相等，因此交直軸電感相等，即Ld=Lq，表現(xiàn)出隱極性質(zhì)。而對其他結(jié)構(gòu)，直軸磁阻大于交軸磁阻，因此Ld<Lq，表現(xiàn)出凸極電機(jī)性質(zhì)。我認(rèn)為對于表面式，因?yàn)橛来盆F的磁導(dǎo)率等于空氣的磁導(dǎo)率，所以，就相當(dāng)于，在轉(zhuǎn)子的外層都是空氣，這樣磁動(dòng)勢的距離一樣，所以磁阻一樣。而對于內(nèi)置型，交軸的計(jì)算路徑都是鐵心和轉(zhuǎn)子外部的空氣。而直

4、軸會(huì)在轉(zhuǎn)子中通過電磁鐵，所以經(jīng)相當(dāng)于貼心中間有一部分的空氣，這樣整體的磁導(dǎo)率就下降了。所以Lm分母變大，磁阻就變大了。Lm=fif=380Ns2lefrgp2lg=3Ns28p2*0lefrglg=3Ns28p2*0Alg=3Ns28p2*1Rm（隱極電機(jī)）;所以磁阻和交直軸電感成反比。電感的計(jì)算ansoft+maxwell+電感計(jì)算電感有三種定義：初始電感、視在電感和增量電感。1、初始電感是指勵(lì)磁電流很小時(shí)，工作在B-H曲線的線性區(qū)，一般用于小信號(hào)分析。2、視在電感是針對線型磁性材料而言的。3、增量電感是指勵(lì)磁電流比較大時(shí)，工作在B-H曲線的飽和區(qū)，一般用于大功率電源。電感計(jì)算的方法：1、

5、矩陣法在Parameter中設(shè)置電感Matrix。計(jì)算完了之后，在solution的Matrix中可以看到結(jié)果。這種方法也適用于多線圈的自感，互感計(jì)算，但前提是B-H是線性的或者工作在初始的線性區(qū)，而在飽和區(qū)時(shí)就不對了。2、 增量電感也就是我們常說的飽和電感或者叫動(dòng)態(tài)電感，需要用導(dǎo)數(shù)計(jì)算dphi/di,Ansoft的導(dǎo)數(shù)是這樣表示的derive（phi）/derive(i)。這樣的計(jì)算結(jié)果覆蓋整個(gè)B-H曲線，包括飽和區(qū)。還可以做參數(shù)化掃描，得到電感隨電流變化的曲線（飽和電流曲線）。-Maxwell_PM_Motor_Ld_Lq永磁電機(jī)交直軸電感LqLd仿真計(jì)算ANSOFT實(shí)例詳解對Ansys計(jì)

6、算永磁同步電機(jī)交直軸電感進(jìn)行實(shí)例仿真。1、 用Ansys的Parameters/Matrix模塊進(jìn)行三相電感的計(jì)算。對id、N、Pb、iq、ie、Thet進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，全局變量。將轉(zhuǎn)子D軸和定子A相軸線對齊，這樣=0.id=3iesin;iq=3iecos;T=Tm+Tr=Pna3Iecos+Pn2Lq-Ld3Ie2sin2;iuiviw=Cidiq;C=23cossincos-23sin-23cos+23sin+23;iu = sqrt(2/3)*id*N/PB;iv = sqrt(2/3)*(-id/2-sqrt(3)/2*iq)*N/PB;iw= sqrt(2/3*(-id/2+sqrt

7、(3)/2*iq)*N/PB;將abc三相電流寫成id、iq的函數(shù)，直接寫入激勵(lì)源中,并且將N匝也加入到電流激勵(lì)中，直接出正確的結(jié)果。在Matrix里設(shè)置入電流端和相應(yīng)的返回端。并將ABC三相電流歸組。參考Ansoft12在工程電磁場中的應(yīng)用P111。N: 單層線圈匝數(shù);PB: 線圈并聯(lián)支路數(shù);I是磁動(dòng)勢；是磁鏈；Ie相電流有效值；是電流值超前交軸角度。2、用Excel或Matlab將三相電感進(jìn)行D-Q變換。，Luvw=LuuLuvLuwLvuLvvLvwLwuLwvLww;uvw=LuuLuvLuwLvuLvvLvwLwuLwvLww*IuIvIw;dq=CT*uvw;dq=CT*Luvw*

8、IuIvIw;dq=CT*Luvw*C*idiq（單匝磁動(dòng)勢）；當(dāng)在Matrix中設(shè)置成多匝和多支路（實(shí)際值）時(shí)，LdLq不乘以極對數(shù)之類的，直接算出來的矩陣乘以兩個(gè)C就行。當(dāng)在Matrix中設(shè)置成單匝和單支路時(shí)，LdLq還要乘以極對數(shù)之類的。計(jì)算的結(jié)果是1匝，三相并聯(lián)支路數(shù)為1，默認(rèn)定轉(zhuǎn)子鐵心鐵長為1米時(shí)的三相電感值,在步驟3時(shí)折算到實(shí)際值。LdLmdLmqLq=CT*Luvw*C*NPB2*a*;a是對稱數(shù)，對四分之一模型而言，就是4；是定轉(zhuǎn)子長度。是磁鏈。f=1232NsprglefBc1;Lm=fif=380Ns2lefrgp2lg;表面式結(jié)構(gòu)，交直軸勵(lì)磁電感相等，用Lm表示；rg為電

9、機(jī)氣隙平均半徑；lef為電機(jī)鐵芯有效長度；lg為氣隙等效長度。-要分析電感，Matrix，激勵(lì)源必須是電流源，不能是電壓源。法一的求解器必須是靜電場，法二的求解器可以是瞬時(shí)場。先根據(jù)Rmxprt生成Maxwell 2D模型，（先不用打散，然后打開左側(cè)sheet-copper，里面有很多的繞組，全部選中，右擊-"edit"-"Boolean"-"separate bodies",把線圈都分開，要不一個(gè)線圈代表者4個(gè)，但是大家的方向都不一樣。然后，根據(jù)Rmxprt里的繞線，分別給每一個(gè)線圈設(shè)定出線的方向和激勵(lì)電流的大小。然后，左面的“ex

10、citation”里就會(huì)有許多電流，合成ABC三相。)右擊標(biāo)題（Maxwell 2D）“solution type”“Magnetostatic(靜電場)”“design setting”_"Matrix computation"_"Apparent".然后，分別在四分之一模型中，右擊左側(cè)“copper”中的繞組“assign excitation”“current”，給各個(gè)繞組加電流和方向。右擊左側(cè)“copper”中的繞組“assign excitation”“set Magnetization Computation”,畫勾。右擊左側(cè)“paramet

11、ers”“Assign”“Matrix”，然后雙擊下面的Matrix的小藍(lán)色方框“set up”,把正方向的線圈畫勾，如果有回路，則在后面選擇相應(yīng)的回路端?！癙ost Processing”，按住ctrl,把相應(yīng)的4個(gè)B相都選中，“Group”，把右面的組名字改成PHB就好了。其他兩相照做，但是A會(huì)少一個(gè)。.右擊“analysis”“set up”“analize”._右擊“results”“solution data”就會(huì)出現(xiàn)各種電感，把“postprocess”畫上勾，就是相應(yīng)的三相等效電感矩陣。LuLvLwcalculation(single)Lu0.058033-0.02439-0.0

12、2077LdLqIeLv-0.0243920.060181-0.023620.0805628330.0028194915ALw-0.020765-0.023620.0576680.002819490.0825405CTcalculation(final)0.8164966-0.40825-0.4082514.1597235914.507318280-0.707110.707107C0.81649660-0.408248-0.70711-0.4082480.707107電機(jī)參數(shù)（Rmxprt參數(shù)）:額定電壓：220V；額定轉(zhuǎn)速：1500rpm；溫度：25；定轉(zhuǎn)子長度：0.065m；D-Axis

13、reactive inductance LadD軸電樞反應(yīng)電感Q-Axis reactive inductance LaqQ軸電樞反應(yīng)電感D-Axis inductance L1+LadD軸同步電感Q-Axis inductance L1+LaqQ軸同步電感armature leakage inductance L1電樞繞組漏電感 12.1607mH 12.1607mH 14.9382mH14.9382mH2.7725mH第二次測量：LuLvLwcalculation(single)Lu0.060164-0.02376-0.02283LdLqIeLv-0.0237590.061091-0.02

14、4410.0832560.00077595915ALw-0.022827-0.024410.0602670.0007759590.08509CTcalculation(final)0.8164966-0.40825-0.4082514.6330745614.95541840-0.707110.707107第一次參數(shù)化：ie=saw=1100.結(jié)果如圖，紅線Ld。黑線Lq。公式：saw ,Ld=0.816496581*(0.816496581*Matrix1.L(PHA,PHA)+(-0.40824829)*Matrix1.L(PHB,PHA)+(-0.40824829)*Matrix1.L(PHC,PHA)+(-0.40824829)*(0.816496581*Matrix1.L(PHA,PHB)+(-0.40824829)*Matrix1.L(PHB,PHB)+(-0.40824829)*Matrix1.L(PHC,PHB)+(-0.40824829)*(0.816496581*Matrix1.L(PHA,PHC)+(-0.40824829)*Matrix1.L(PHB,PHC)+(-0.40824829)*Matrix1.L(PHC,PHC)；Lq=saw ,0*(0*Matrix1.L(PHA,PHA)+(-0.707106781)*Matrix1.L(PHB,P