關于Ansoft maxwell中轉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:互聯網

若對電機進行運動分析,則須采用瞬態場(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。
對所建模型中轉子所在的位置,逆時針旋轉某一角度,使得電機A相繞組通正向電流產生的磁場方向與轉子磁場方向反向。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生的磁場方向,可使用右手螺旋定則判定。此時指定的轉子初始位置角,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),其他兩相可依據三相對稱關系寫出。

轉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。根據電機學基本原理,對發電機,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,則為滯后關系。因此,若所仿真模型為電動機(發電機),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)(對發電機:UA= Um*sin(ωt-δ)),其他兩相可依據三相對稱關系寫出。

三、有關說明:

1、對于旋轉運動,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,諸如汽輪發電機,水輪發電機,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,即轉子在空間上轉動多少電角度,那么電壓或電流在時間上也應轉動相應的電角度。

3、如果轉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函數施加激勵,也可以采用cos函數,但轉子位置角需要在本帖所述方法基礎上,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電機rmxprt及maxwell模型。在轉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子初始位置角及相應的電壓源初始相位角,仿真結果表明,本貼研究結論正確。

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