異步起動永磁同步電動機起動性能仿真設計

1、基于ANSYS的異步起動永磁同步電動機 起動性能仿真計算異步起動永磁同步電動機(LSPMSM)的特點異步電動機限制起動電流LSPMSM起動性能設計難點降壓起動異步起動永磁同步電動機，由于：異步轉矩與U2成正比發(fā)電制動轉矩導致低轉速時最小轉矩轉子槽型的優(yōu)化設計全壓起動提高起動轉矩提高起動品質因數降低起動電流磁路結構復雜、電感參數計算困難2磁路法難以對電機起動性能進行精確設計解析法所得典型LSPMSM平均轉矩-轉差率曲線Ta：異步轉矩Tb：磁阻負序分量轉矩Tg：發(fā)電制動轉矩Tav：總平均轉矩理想條件下轉矩-轉差率曲線忽略 磁路飽和、磁場諧波和集膚效應的 影響，為一光滑曲線。3一般LSPMSM起動過

2、程瞬態(tài)轉矩-轉速曲線T-n有限元仿真綜合考 慮了磁路飽和、磁 場諧波、集膚效應 等影響，轉矩曲線 波動劇烈。4本文利用ANSYS/Maxwell2D有限元仿真軟件，以一臺1.5kW- 2極LSPMSM為例，分別計算該電機以下起動性能參數：5一、起動轉矩Tst和起動電流Ist二、起動過程中的最小轉矩Tmin三、牽入同步能力，即臨界牽入同步J-TL曲線一、基于Maxwell的起動轉矩Tst和起動電流Ist的計算起動轉矩即T-s曲線上s=1時刻對應的轉矩，可通過堵轉仿真求取。1.5kW-2極電機有限元模型6設置轉速為0rpm設置求解定、轉子鐵心損耗7對轉子導條進行渦流效應設置、集膚效應透入深度設置8

3、設置定子繞組與激勵源參數9設置轉子端環(huán)電阻、電感參數，利用Rmxprt等路算程序計算10電機極數機械角度范圍每點間隔度數總計算點數三相6極20內46點三相4極30內6三相2極60內12不同極數電機堵轉仿真取點方法參考堵轉試驗標準，選取轉子d軸與定子A相繞組軸線對齊時為第一個起動點，對于2極電機，在60范圍內選取多個起動點對電機的堵轉轉矩Tst和堵轉電流Ist進行參數化仿真計算。轉子初始位置角參數化掃描設置111.5kW-2極樣機堵轉轉矩Tst參數化仿真結果1.5kW-2極樣機堵轉電流Ist參數化仿真結果堵轉轉矩Tst ：待轉矩波形穩(wěn)定后，求一個 周期的平均值AVG，并取其 中的最小值為13Nm

4、。堵轉電流Ist ：待電流波形穩(wěn)定后，求一個 周期的三相電流有效值 RMS的平均值，并取其中 的最大值為17.9A。12二、基于Maxwell的起動過程中的最小轉矩Tmin計算仿真起動過程轉矩波動劇烈，難以直接從T-n曲線上讀取最小轉矩Tmin轉子初始位置角、電壓相位角對仿真結果影響也較大理想條件下T-s曲線13實際仿真所得T-n曲線為了克服以上困難，現假設電機帶遠大于自身轉動慣量的負載設備空載起動，由于整個起動過程非常緩慢，可認為電機在各異步轉速下 穩(wěn)定運行，起動結束后得到起動過程的瞬態(tài)轉矩與時間T-t曲線，對 該曲線進行一定的數據處理，可得到平滑曲線，從平滑曲線上讀出電 機起動過程中的最小

5、轉矩Tmin14Initial Angular Velocity:：初始轉速Moment of Inertia： 轉子和負載轉動慣量之和 Damping：阻尼系數，機械損耗/(角速度)2 Load Torque：負載轉矩，為負值15電機起動仿真運動設置設置負載慣量為60倍電機自身轉動慣量，空載起動，仿真得到瞬態(tài)轉矩與時間T-t曲線16起動過程轉速與時間曲線n-t17A相電流與時間曲線18瞬態(tài)轉矩與轉速曲線T-n19利用Matlab對瞬態(tài)轉矩與時間曲線T-t進行10次多項式擬合，擬合曲線在0.5s左右 處出現下凹，此時轉差率s為0.75左右，讀取此處最小值即為電機最小轉矩Tmin ，為 8.6N

6、m用Matlab對瞬態(tài)轉矩與時間T-t曲線進行擬合20三、基于Maxwell的牽入同步能力計算電機牽入同步能力由臨界 牽入同步曲線J-TL表征：該 曲線為不同負載轉矩下， 電機可以牽入同步的不同 的最大轉動慣量。0.5011.522.500.511.522.5JTL/Tn臨界牽入同步J-TL曲線系列1乘冪(系列1)21設置一定負載轉動慣量，并對負載轉矩進行參數化掃描22設置負載轉動慣量為1.5倍電機自身慣量，對負載轉矩進行參數 化掃描，當負載轉矩為-6.25Nm時，電機剛好可牽入同步帶1.5倍自身轉動慣量、不同負載起動過程轉速-時間曲線n-t23總結1.通過對電機的堵轉狀態(tài)進行瞬態(tài)場仿真，得到LSPMSM的起動轉矩Tst和起 動電流Ist2.通過進行大轉動慣量，空載起動仿真，得到LSPMSM瞬態(tài)轉矩-時間曲線T- t，對