maxwell软件--自起动永磁同步电动机

11自起动永磁同步电动机本章我们将简化RMxprt一些基本介绍，以便介绍一些更高级的使用。有关RMxprt基本操作的详细介绍请参考第一部分的章节。11.1基本理论同步电机定子绕组上输入三相正弦电压，在气隙中产生旋转磁场。转子上的永久磁极力图与定子旋转磁场对齐，因而在转子上产生同步转矩。起动时，转子上的阻尼绕组产生异步起动转矩，使其具有自起动能力。自起动永磁同步电机的频域相量图如图11.1所示。图11.1矢量图图11.1中，R1、Xd、Xq分别为定子电枢的电阻、d轴同步电抗和q轴同步电抗。aq1qad1dXXXXXX(11.1)上式中，X1为电枢绕组漏电抗，Xad和Xad分别为d轴电枢反应电抗和q轴电枢反应电抗。设力矩角为θ（相量E0与相量U的夹角），可导出sincosUEUIIXRRX0qdq11d(11.2)解得：sin)cos(sin)cos(UXEURUREUXXXR1IId0110qqd21qd(11.3)设相量I与相量E0的夹角为ψ：qd1IItan(11.4)功率因数角φ（相量I与相量U的夹角）为：(11.5)输入电功率为：cosUI3P1(11.6)输出机械功率为：)(FeCufw12PPPPP(11.7)式中Pfw,PCu,和PFe分别为风摩损耗、电枢铜损和铁心损耗输出机械转矩为：22PT(11.8)式中ω为同步角速度rad/s).电机效率为：%100PP12(11.9)电机的起动方式与感应电机相同，即借助于转子上的鼠笼绕组（在此称为阻尼绕组）产生起动力矩。11.2主要特点11.2.1适用于8种转子结构转子结构中由于永久磁钢的布置方式不同，转子的磁路结构差别很大。RMxprt可对不同的转子结构进行分析和设计。11.2.2线圈和绕组的排列优化设计几乎所有常用的三相和单相，单层和双层，整数槽和分数槽交流绕组都能自动设计。用户不需要一个接一个的自己定义线圈。当设计者采用全极式单层绕组时，RMxprt将自动对绕组进行排列，以减少绕组端部长度。当使用不对称三相绕组时，绕组排列按照最少负序和零序进行优化。11.2.3绕组编辑器支持任何单、双层绕组的设计除了利用RMxprt中的绕组自动排列功能，用户也能通过WindingEditor来指定特殊形式的绕组排列。在WindingEditor（绕组编辑器）中，通过改变每个线圈的相属Phase、匝数Turns、入槽号InSlot和出槽号OutSlot，可排列出任意所需的单、双层绕组分布形式。11.2.4阻尼绕组的动态参数分析第3~7种转子的阻尼绕组结构与感应电机的鼠笼绕组相同。第8种转子结构与凸极同步电机相同，这种结构中阻尼绕组处于d-轴和q-轴差别很大的非均匀磁场中，而阻尼条的连接又有每极连接（极间不连接）、全部连接和端板式连接。所有这些复杂情况RMxprt都能进行分析处理，给出阻尼绕组的动态参数。11.3自起动永磁同步电机这一节,我们将演示自起动永磁同步电机设计的一般流程。点击StartProgramsAnsoftMaxwell12Maxwell12从桌面进入Maxwell界面。从RMxprt主菜单条中点击FileNew新建一个空白的Maxwell工程文件Project1。从RMxprt主菜单栏中点击ProjectInsertRMxprtDesign。在SelectMachineType会话框中选择Line-StartPermanent-MagnetSynchronousMotor，然后点击OK返回RMxprt主窗口。这样就添加一个新的RMxprt设计。从RMxprt菜单栏中点击FileSave。如果想把项目另存为LSSM_4p50Hz550W.mxwl，可从下拉菜单选择SaveAs然后点击Save返回RMxprt主窗口。(参见3.2.6设置默认的项目路径)分析这个算例，需要做以下几项设置：1.设置模型单位(参考章节2.3.2.7设置模型单位)：2.配置RMxprt材料库(参考章节3.4.1配置材料库)：3.编辑线规库(参考章节3.3.2到3.3.6)：当选择Line-StartPermanent-MagnetSynchronousMotor做为电机模型时，必须输入如下几项：1.Generaldata.（基本性能数据）2.Statordata.（定子数据）3.Rotordata.（转子数据）4.Solutiondata.（解算数据）可在转子中选择添加或去掉阻尼绕组。11.3.1基本性能设计在项目树下双击Machine图标，可显示Properties.对话框。在如图11.2所示的Machine列表下定义基本性能数据。图11.2基本性能指标1.MachineType：电机类型。2.NumberofPoles：电机极数。其值为定子极数的总和（或极对数×2）。3.FrictionalLoss：在参考转速下测得的摩擦损耗（由摩擦产生）4.WindLoss：参考转速下测得的风阻损耗（由空气阻力产生）5.ReferenceSpeed：所给的参考转速。点击OK关闭Properties对话框。11.3.2定子设计双击项目树中的MachineStator图标，显示Properties对话框。在如图11.3所示的Stator列表中输入定子数据。图11.3定子数据1.OuterDiameter：定子外径。2.InnerDiameter：定子内径。3.Length：定子铁心的轴向长度。4.StackingFactor：定子的迭压系数5.SteelType：定子铁心材料类型（参考7.3节设置材料类型）6.NumberofSlot：定子槽数7.SlotType：定子槽型（参考7.1.1节槽型）1)点击SlotType显示SelectSlotType对话框。2)选择一种槽型（有6种类型可用）3)点击OK关闭SelectSlotType对话框。8.SkewWidth：用槽数度量的斜槽宽度点击OK关闭Properties对话框。11.3.2.1定子槽型设计双击项目树中的MachineStatorSlot图标，显示Properties对话框（参考7.1.1节槽型）。在如图11.4所示的Slot卷标中定义定子槽型的几何数据。点击OK关闭Properties对话框。图11.4定子槽尺寸11.3.2.2设计定子绕组双击项目树中的MachineStatorWinding图标，显示Properties对话框，其中包含两个列表：Winding和End/Insulation。11.3.2.2.1定义导线、导体和定子绕组在如图11.5所示的Winding列表中定义导线、导体和定子绕组图11.5导线、导体和定子绕组数据1.WindingLayers：绕组层数。从下拉菜单中选择绕组层数（可选1和2）2.WindingType：绕组类型（参考7.5.1节的设置交流绕组类型）1)点击WindingType显示WINDINGType对话框。2)从以下3种绕组类型中选择一种：a.Editorb.WholeCoiledc.HalfCoiled3)点击OK关闭WINDINGType对话框。3.ParallelBranches：定子一相绕组的并联支路数4.ConductorsperSlot：每槽导体数，槽中每个线圈的匝数与层数的乘积。输入0，RMxprt会进行自动设计。5.CoilPitch：以槽数度量的节距，节距是指一个线圈跨过的槽数目。例如，如果一个线圈起始边在1号槽，终边在6号槽，则节距为5。6.NumberofStrands：每个导体中导线的并绕根数。输入0，RMxprt会自动设计根数。7.WireWrap：漆包线的双边漆皮厚度。输入0后能从导线库中自动获得8.WireSize：定子绕组导线的直径（输入0，RMxprt会自动设计）。用户可选择圆导线或扁导线两种型号。当槽型为1到4时，圆形导线可用（参考7.4.1节设置圆导线）。当槽型为5或6时，扁导线可用（参考7.4.2节设置扁导线）。11.3.2.2.2定义端部绕组和槽绝缘数据可参考7.5.3节端部绕组和槽绝缘中的详细介绍。在如图11.6所示的End/Insulation列表中定义绕组端部和槽绝缘。图11.6端部绕组和绝缘数据1.InputHalf-turnLength：选择或取消该选项框以指定是否想要键入半匝长度。选中该选项，用户下次打开Properties对话框会出现HalfTurnLength。如未被选中，会有EndAdjustment替代其位置。2.Half-turnLength：电枢绕组的半匝长度。当InputHalf-turnLength被选中时，其可用。3.EndAdjustment：定子绕组的端部长度调节项，及导线伸出定子的垂直距离。当InputHalf-turnLength未被选中时，其可用。4.BaseInnerRadius：底角半径5.TipInnerDiameter：线圈外弧半径6.EndClearance：两临近线圈的间隔7.SlotLiner：槽绝缘的厚度8.WedgeThickness：槽楔的厚度9.LayerInsulation：层绝缘的厚度10.LimitedFillFactor：设计槽满率的上限。点击OK返回RMxprt的主窗口。11.3.2.2.3绕组编辑器对于自起动永磁同步电机，用户可以利用绕组编辑器为每个槽定义不同的导体数。为了使用绕组编辑器，用户必须在WindingProperty中选择WindingType为Editor(参考3.5编辑交流绕组)。11.3.3转子设计在项目树中双击MachineRotor图表显示Properties对话框。在Rotor列表中，定义转子数据11.3.3.1设计转子在如图11.7所示的Rotor列表中，定义转子数据图11.7转子数据1.OuterDiameter：转子外径2.InnerDiameter：转子内径3.Length：转子铁心长度4.SteelType：选择转子材料(参考7.3指定材料类型)5.StackingFactor：转子的迭压系数6.PoleType转子铁心磁极类型。点击PoleType如图11.8所示，显示SelectPoleType会话框（可选的磁极类型为1到8）点击OK关闭弹出的会话框。图11.8选择磁极型式注：当鼠标放在某个极的按钮上时，就会出现所选磁极的轮廓和相应磁极的尺寸，如图11.9所示。a.Type1b.Type2c.Type3d.Type4e.Type5f.Type6g.Type7h.Type8图11.9磁极型式点击OK关闭Properties会话框。11.3.3.2设计转子磁极在项目树下双击MachineRotorPole图标显示Properties对话框，在如图11.10所示Pole列表中，定义转子磁极数据图11.10磁极数据表11.1可用的磁槽尺寸磁极D1B1RibO1O21vvv2vvvv3vvvvv4vvv5vvv6vvv7vvvv8vvv注：根据磁极选择的不同，在Pole列表中的一些单元是不能使用的。直径D1对所有的磁极都有用的，Rib对极型8是无用的。1.MagnetDuctDimensions：磁槽尺寸，如表11.1所示2.MagnetType：指定磁钢类型(参考7.3指定材料类型)3.MagnetWidth：每个磁极的所有永磁体的最大宽度4.MagnetThickness：永磁体径向厚度11.3.3.3设计转子阻尼可选择为自起动永磁同步电动机的转子添加阻尼11.3.3.3.1添加或去除转子阻尼为自起动永磁同步电动机的转子添加阻尼1.在项目树下用右键点击图标MachineRotor2.从MachineRotorDamper中选择InsertDamper为自起动永磁同步电动机的去掉转子阻尼1.在项目树下用右键点击图标MachineRotor2.从MachineRotorDam