瞬态场计算步骤及与RMxprt的结果对比Word下载.docx
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AverageOutputPower
2.5.2计算相电流有效值:
2.5.3计算输入电功率,由此可以计算效率
2.6PostProcess
PostProcess/field:
2.6.1齿部磁密分布和磁密平均值计算
2.6.1.1齿部磁密分布
2.6.1.2齿部磁密平均值计算
2.6.1.3沿齿弧磁密分布和沿齿磁密分布的差异
2.6.2定子轭部磁密分布和磁密平均值
2.6.3定子轭部磁密分布和磁密平均值
2.6.4气隙磁密分布和磁密最大值
3、电机空载额定转速运行时的瞬态场分析与计算
3.1SetupBoundaries/source(重点考虑SourceSetup)
3.2SetupSolution
3.3SetupSolution
3.4计算结果
4、考虑铁耗的计算结果
4.1铁耗计算设置
4.2额定负载时考虑与不考虑铁耗时的比较
4.3负载很小时的比较
4.3.1考虑铁耗时
4.3.2不考虑铁耗时
5、Maxwell与RmxPrt计算结果比较
5.1磁密及额定值比较
5.2额定转速时永磁相电势比较
5.3气隙磁密分布
6、其他心得
以16极36槽调速永磁同步电动机为例进行分析电机的瞬态场计算,电机由RmxPrt开始,并将该模型加到MAXWELL11中。
RmxPrt的项目为ad_pmsm(MaxwellFile22KB),Maxwell中的项目为ad_pmsm_fem.pjt。
2.1SetupBoundaries/source(重点考虑SourceSetup)
A_phase绕组源的设置:
(1)选择A相绕组;
(2)使用[Assign]|[Source]|[Solid];
(3)指定[Solid]为Voltage,[Name]改为A_Phase;
(4)选择[Options],将源的形式[Constant]改为[Function];
(5)选择[Function];
(6)选择[Add],在函数输入框“=”的左边输入U_Phase_A,“=”的右边输入
(显然,B相应为:
,C相应为
)
(7)指定[Done]回到2DBoundary/SourceManager
(8)在[Value]框内输入U_Phase_A;
(9)选择[Strand];
(10)选择[Winding],出现[WindingSetup]
指定[PhA]为[Positive],[PhReA]为[Negative];
在[Resistance]框内输入相绕组电阻15.42Ω,在[Inductance]框内输入绕组端部漏感0.00112H(在RMxPrt中有该值的输出结果);
在[Totalturnsasseenfromterminal]框内输入每相串联匝数684;
在[NumberofParallelBranches]输入并联支路数1;
选择[OK]退回2DBoundary/SourceManager
(11)指定[Assign]------同样给出A_phase、B_phase绕组源的设置
(12)选择[File]|[Save]与[File]|[Exit],保存并退出边界条件编辑器
2.2SetupSolution
(1)选择[ManualMesh…](进行自定义剖分,略);
在进行完ManualMesh后必需的一步是Mesh/LineMatch,选择主、从边界的边,toensurethatthemeshingpointswillmatchattheirmatchingboundaries.Iftheydonnot,youwillreceiveanerrormessageaboutamissingtranscriptfileduringthenormalsolution.
(2)在[SolberChoice]选择中,选Direct
Forproblemwherealloftheboundariesarewelldefined,thedirectsolveristhebestchoice
(3)Transientanalysis
、Solution:
Startfromtimezero
在开始时,还没有任何解,因此只能选择Startfromtimezero
如果对这个问题已有解,可以选择ContinuePreviousSolution。
问题设置可以以任何方式改变(除了结构变化),求解从前解结果开始进行。
比如初解的结果终止计算时间为0.2s,则在调整问题设置时终止计算时间变为0.4s,并且选择Startfromtimezero,则计算从前面的0.2s计算结果开始。
、TimeStep
TimeStep的大小可以根据一个电机齿距范围内求解点数来确定。
假定电机的转速为375rpm,电机槽数为36,电机一个定子齿距的求解点为10个,则TimeStep的确定如下:
1个齿距对应的时间为0.16/36=0.004444s;
TimeStep=0.004444s/10=0.000444s。
最后确定TimeStep为0.0004s
、StopTime
该值关系不大,可以从小值开始,如果电机还没有达到稳定,则可以增大StopTime,电机的求解可以从前面解的结果开始进行。
、ModelDepth=105mm
电机的轴向铁心长度。
注意用2D瞬态场求解时,没有也无法考虑电机的斜槽。
、SymmetryMultiplier=4
整个电机是求解区域的倍数。
缩小求解区域可以降低求解时间。
2.3SetupSolution
(1)从[Object]列表中选择Band,选择[SetBand]
(2)选择[MechanicalSetup]
)InitialAngularVelocity:
375
给电机的实际运行转速。
如果计算额定转速时的状态,则给额定转速值
)MomentofInertia:
0.0012
给电机的转动惯量。
这一惯量值在RMxPrt中已计算出;
实际上电机的稳态性能与转动惯量没有关系,但在2D瞬态场计算时,如果这一惯量太大,可能导致计算结果发散。
因此该值一般比RmxPrt的计算值要小(实际计算值为0.009262)。
)Damping:
0.0454
由于风阻和其他机械损耗所导致的阻尼,很明显是一个经验值,为了比较路的设计计算结果,该值应该与RmxPrt中的给定值相同。
)LoadTorque:
-19
所要仿真的电机负载转矩,当然可以是额定输出转矩。
这一转矩值以负值形式给定。
2.4Solve|NominalProblem
进行求解。
进行求解时,可以随时通过refresh观察求解结果,主要观察求解是否收敛。
求解结果见本窗口中[Solutions]中的TransientDate,其中有各种曲线。
可以调整曲线下方的[Settings],只看部分时间段曲线形状。
下面的两个图形时2D和RmxPrt得到的相反电动势波形。
可以看出,两者差别不大。
注意在2D计算中,没有考虑电机的斜槽。
另外,2D计算得到的电势是时间的函数,可以在2D的后处理中将横坐标由时间变为位置。
2.5PostProcess
在其中可以得到Solve中的所有曲线结果,但在其中可以对这些结果进行分析和计算,其中包括前面的将横坐标变由时间便为位置。
在进行2D计算时,给定输出负载转矩和转速,因此电机的输出功率很容易计算,但是也可通过转矩曲线和转速曲线进行计算。
在EMpulse中,电机的功率Pout满足下式:
其中,FW,表示机械损耗,Pair_gap为气隙功率,由平均转矩(单位Nm)和转速(单位rad/second)相乘而得。
转速为375rpm=39.27rad/s。
以下给出平均转矩的计算方法。
1)ChoosePlot/Open,Selecttorque.dat,chooseOK;
2)ChooseTools/CalulatortoaccesstheSignalCalculator;
)SelectTorque.dat,andchooseCopytocopythetorqueplotintotopofstackofcalculator.
4)ChooseSample,anddefinethefollowingparameters:
✓Sample:
Time
✓Specifyby:
Size
✓Start:
0.2
✓Stop:
0.3
✓Size:
1000
5)ChooseOKtoacceptthevaluesandreturntothesignalcalculator.
6)Enter39.27intheName/Constantfield(给定速度)
7)Choose*tomultiplybythespeedinradianspersecond;
8)Choosetheintegratebutton(计算在一段时间内转矩之和)
9)Enter0.1intheName/Constantfield(给计算平均值的时间段:
Stoptime-Starttime=0.1s)
10)Choose“/”tocalculatetheaverage;
11)ChoosePreview.Thelastnumberinthisplotistheaveragevalue(曲线的最后一点就是所求的平均转矩);
12)Choosemax,(给出所求的平均转矩):
816.141Nm
因此输出功率为:
Pout=816.141-70=746.141;
由于给定转矩为19Nm,而不是要求的19.1,因此输出功率不是750W。
电流有效值的数值计算公式:
1)ChoosePlot/Open,Selectcurrent.dat,chooseOK;
2)ChooseTools/Calulatortoa
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