1、Ansoft EM 专题讨论（三） 异步启动永磁同步电机设计 最近有感于论坛 Ansoft 版区学习的氛围越来越好了，这与各位版主的努力都是分不开的。看到前面两个专题中，我们的超版和技术精英们都做了很多工作，本着向大家学习的原则，我也来凑个热闹 本人在读研期间曾经涉猎过这种电机的设计与仿真， 下面就把我很久以前做的一个练习分享给大家。做的不一定对，希望大家多多批评指正！这也是和大家学习的过程，望各位不吝赐教 其实，这种电机在实际设计过程中需要注意的问题还是很多的。很遗憾在校期间没能彻底解决这个领域的一些问题。这里也希望大家广泛针对该类电机的设计进行讨论和交流，向大家学习了 ! 下面先给出电机结
2、构示意图 电机为典型的 4 极 36 槽结构，绕组为单层交叉， Y 接形式，内置径向 W 型永磁体，采用冲片类型为 DW315-50。具体的其他的电机参数将在 RMxprt 设计中给出 区别于前面两位版主的纯 V11 仿真， 该算例采用了 Ansoft RMxprt V5.0 版本与 Maxwell V11.1 版进行了简易的联合 2D 仿真。对新人而言， V5.0 的界面更加人性化和易于上手，推荐新同学使用。 运用 Ansoft RM xprt V5.0 进行基本的电磁设计，输入相应电机参数反复调试运行。下面给出本例的参数设置 基本参数 定子内外径和槽形尺寸 转子内外径和磁钢设计 转子槽形和
3、端环设计 以上需要补充说明的是 Ansoft RMx prt V5.0 的材料设置问题和绕组编辑问题 就材料设置而言，大家可以利用软件自带的.h-b 文件自行添加所需要的硅钢片材料，主要是需要查找一些手册来添加磁化曲线和损耗曲线，用记事本的格式进行编辑添加，放在指定的文件夹中，即可在设计中引用，图例 DW315-50 的.h-b 文件，要对应操作窗口的各项参数进行添加，方可正确使用 添加后磁化曲线示意 添加后的损耗曲线示意关于磁钢的材料设置，可以在软件的 Magnet 选项中任意添加所需材料的参数，如下图所示注意，这里我给出的是电机在 75的工作温度下，磁钢的性能参数 下面给出绕组连接方法。本
4、算例定子采用单层交叉绕组，因为现有给定无法满足所需条件，采用了软件自带的绕组编辑器，连接方式如下图所示： 在编辑器的列表中，可以任意改变绕组相序，匝数，线圈的两边所在槽号，从而得到所需要的任意形式的绕组排布 Ansoft RMxprt V5.0 的设计结果输出 除了可以导入到 Maxwell 里进行电机的有限元分析，经过 RMxprt V5.0 的设计计算后，我们还得得到以下的结果 1.冲片效果图 2.绕组排布3.电磁计算单 其中用来进行有限元瞬态分析的主要是以下数据 4.性能曲线 Power Factor VS Torque Angle Input Line Current VS Torqu
5、e Angle Efficiency VS Torque Angle Air Gap Power VS Torque Angle Starting Torque VS Speed One Conductor Induce Voltage at No Load Air-Gap Flux Density at No Load Induce Winding Voltages at No Load 关于异步启动永磁同步电机的有限元分析，和三相异步电机有很多相似之处，我这里我重点讲不同，和需要注意的地方，有些问题在其他类电机分析中同样涉及。欢迎大家拍砖！ 首先说下电机静磁场分析的前处理工作， 静磁场分析
6、主要是为了求解电机在某一运行工况时刻的状态和参数。通常我们比较关心的是额定工况运行时对电机的分析。下面给出的算例为定子通入额定电流，转子无电流流通的静磁场分析： 下图为对 RMxprt 模型导入 Maxwell 2D 进行静磁场分析后的界面， 前处理工作中有几个需要注意的地方，这里提一下： 1.Define Model RMxprt 导入的模型可能存在分段过少的现象， 对于定子轭磁密以及齿槽转矩的计算有直接的影响。如要提高计算精度，我们可以通过下图所示方法进行修正 分别选中定子外径和 Band，对圆弧细化到 1 分度，下图为修正 Band 分度到 1 度2.Setup Materials 添加
7、材料的方法大家看其他专题都有讲过， 这里我重点提一个问题就是永磁体的设置问题： 很多人对磁钢的充磁方向总是容易混淆，拿我这个例子来说 （1）Align with obje cts orientation充磁方向为默认的黑色箭头方向 （2）Align with a given direction与系统 X 轴正半轴的夹角方向充磁 （3）Align relat ive to objects orientation相对默认的黑色箭头的夹角方向充磁 本例中默认的方向（黑色）与系统 X 轴同向，所以，用（2）、（3）两种方法充磁输入的角度是完全相同的。充磁后，点击 View Angle，可以看到充磁后实
8、际的磁钢磁力线走向（红色） 3.Setup Boundaries/Sources 小型电机的计算量不大，为了减少麻烦，可以对电机取全模型分析，这样边界条件只需要加一个零磁矢位，加在电机的定子外径，如图所示 对 RMxprt 进行全模型导入 Maxwell 2D 可以进行如下设置（单元电机分析和主从边界的添加可以详见上一专题） 另一个问题就是加入定子电流源（是针对后续电感计算求解需要的）： A 相流入电流（PhA）输入值为 25.66A，则 A 相流出（PhReA）电流为-25.66A；B 相和 C相与 A 相分别相差 120和 240，则 PhB=-12.83A，PhReB=12.83A；Ph
9、C=-12.83A，PhReC=12.83A；分别将 De fine Model 中分组后的三相绕组选中，施加电流激励，图示为 A相流入电流源的施加 其他线圈依次设置，就不每个给出截图了 在电机的静磁场分析中，除了要通过计算得到电机的磁密、场图分布之外，我们可能还对某些参数感兴趣，最基本的包括电机的受力、转矩、电感参数（详细讨论见专题一）等等。在运算之前，我们通常要进行如下的预设置： 当你想要求物体的受力和扭矩时，你必须选择一些物体是旋转或者移动的。在我们这个例子里，我们将选择转子、轴和永磁体。首先点击 Setup Executive Parameters/Force，选择旋转的物体和点击 I
10、nclude Selected Objects。 Torque 的设置同理。分别如下图所示 Force 的设置 Torque 的设置 当我们要计算一个物体的电感时，必须在边界条件时让它是电流源； 在本例中，包括PhA， PhB， PhC， PhReA， PhReB， PhReC 线圈。 Maxwell 计算的电感系数是整个 A 相 (PhA和 PhReA)，你必须选择 PhA 和指定 PhReA 是它回来的路径。 Maxwell 知道把两项团体组成完整的 A 相。点击 Setup Executive Parameters/Matrix-Flux 选择 PhA 和指定回来的路径是PhReA。 反复 B 和 C 相。如下图所示 经过以上设置后可以开始计算了 计算收敛后结束 计算后可以直接得到受力和扭矩值 单位长度的绕组电感系数
