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

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

若對電機進行運動分析,則須采用瞬態(tài)場(transient)模塊,并且assign band,和進行相應的運動設置(motion setup)。電機的運動形式主要分為直線運動和旋轉(zhuǎn)運動,本帖針對廣大新手包括很多老手搞不清楚的地方,進行了研究,并附上實際工程,供大家學習和參考。

一、對于直線運動,以廣泛使用的直線電機為例,作具體闡述。
直線電機band設置有個原則,即要確保動子在運動過程中,不要超過band的范圍。另外,除了指定band,還需要用一個空氣包貼著動子表面,將動子包住。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。

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

二、對于旋轉(zhuǎn)運動,以廣泛使用的同步電動機為例,作具體闡述。
對所建模型中轉(zhuǎn)子所在的位置,逆時針旋轉(zhuǎn)某一角度,使得電機A相繞組通正向電流產(chǎn)生的磁場方向與轉(zhuǎn)子磁場方向反向。之所以是反向而不是重合,是因為ansoft默認電機采用電動機慣例,也就是電流和反電動勢反向。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相帶電流方向為流出(positive),X相帶電流方向為流入(negative)。至于A相繞組通正向電流產(chǎn)生的磁場方向,可使用右手螺旋定則判定。此時指定的轉(zhuǎn)子初始位置角,使得A相初始時刻交鏈的磁通為最大值,因此A相初始時刻感應電勢大小為0,進一步分析還可以得出,A相初始時刻感應電勢相位也為0。因此A相感應電動勢表達式為EA=Em*sin(ωt),其他兩相可依據(jù)三相對稱關(guān)系寫出。

轉(zhuǎn)子初始位置角確定以后,激勵源初始相位角要與其匹配才行。根據(jù)電機學基本原理,對發(fā)電機,空載感應電動勢超前于電壓一個角度,該角度就為功角(δ)。對于電動機,則為滯后關(guān)系。因此,若所仿真模型為電動機(發(fā)電機),施加激勵源為電壓源時,那么A相電壓源表達式應為UA= Um*sin(ωt+δ)(對發(fā)電機:UA= Um*sin(ωt-δ)),其他兩相可依據(jù)三相對稱關(guān)系寫出。

三、有關(guān)說明:

1、對于旋轉(zhuǎn)運動,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,諸如汽輪發(fā)電機,水輪發(fā)電機,永磁同步電機,爪極電機,感應子電機,等等。

2、也可以不按照本帖中默認的轉(zhuǎn)子位置角及激勵源初始相位角進行設置,但無論怎樣,二者一定要相匹配,即轉(zhuǎn)子在空間上轉(zhuǎn)動多少電角度,那么電壓或電流在時間上也應轉(zhuǎn)動相應的電角度。

3、如果轉(zhuǎn)子初始位置角和激勵源初始相位角不匹配,那么仿真所得到的電流,轉(zhuǎn)矩,功率曲線都是錯誤的,而反電勢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,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90度電角度。

5、不建議采用電流源,因為對于二維模型,若施加電流源且導線形式設置為多股(stranded),則無法計及電機繞組和端部電感。若導線形式設置為單股(solid),雖然可計及電阻,但與電機多股導線實際情況不符。

6、附件為基于Ansoft 14版本,電勵磁同步電動機和發(fā)電機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,分別設置了兩組不同轉(zhuǎn)子初始位置角及相應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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