最新Ansoft永磁同步電機設計報告

1、第1章引言第2章RMxprt在永磁同步電機中的電機性能分析2.1 Stator項設置過程2.2 Rotor項設置過程2.3 Li ne Start-Perma nent Mag net Synchron ous Machi ne 的電機仿真2.4計算和結(jié)果的查看第3章靜態(tài)磁場分析3.1電機模型和網(wǎng)格剖分圖3.2磁力線分布圖3.3磁密曲線3.3.1氣隙磁密分布3.3.2定子齒、軛部磁密大小3.3.3轉(zhuǎn)子齒磁密大小第4章瞬態(tài)場分析4.1額定穩(wěn)態(tài)運行性能4.1.1 電流與轉(zhuǎn)矩大小4.1.2 各部分磁密4.2額定負載啟動4.2.1 轉(zhuǎn)矩-時間曲線4.2.2 電流-時間曲線4.2.3 轉(zhuǎn)速-時間曲線轉(zhuǎn)矩

2、-轉(zhuǎn)速曲線0第1章引言Ansoft Maxwell作為世界著名的商用低頻電磁場有限元軟件之一，在各個工 程電磁場領(lǐng)域都得到了廣泛的應用。它基于麥克斯韋微分方程，采用有限元離散 形式，將工程中的電磁場計算轉(zhuǎn)變?yōu)辇嫶蟮木仃嚽蠼?。該軟件包括二維求解器、 三維求解器和RMxprt旋轉(zhuǎn)電動機分析專家系統(tǒng)這3個主要模塊，不僅可以進行 靜磁場、靜電場、交直流傳導電場、瞬態(tài)電場、渦流場、瞬態(tài)磁場等不同的基本電磁場的特性分析，還可以通過 RMxprt電動機模塊仿真多種電動機模型，為 實際電動機設計提供幫助。利用 An soft軟件進行仿真可以幫助我們了解電動機 的結(jié)構(gòu)特性。本文是一臺4極、36槽繞組永磁同步電動

3、機，利用 RMxprt模塊進行電機的 建模、仿真以及導入到 Maxwell2D的有限元模塊的方法，然后再對 Maxwell2D 中的永磁體模型進行修正，最后對該電機在靜態(tài)磁場和瞬態(tài)磁場的情況下進行分 析。第2章RMxprt在永磁同步電機中的電機性能分析設計一臺電機時，必須確定許多尺寸，但其中起主要與決定作用的是電機的主要尺寸。電機的主要尺寸是指電樞鐵芯的直徑和長度。對于直流電機，電樞直徑是指轉(zhuǎn)子外徑；對一般結(jié)構(gòu)的感應電機和同步電機，貝U是指定子內(nèi)徑。主要尺寸確定以后，其他尺寸也就可以大體確定。電機的重量、價格、工作特性和運行可靠性等也都是和主要尺寸以及它們的比值有密切的關(guān)系。所以確定主要尺寸是

4、電機設計的第一步。額定功率1500W額定電壓380V,相數(shù)和相間連接方式是3相4極丫連接, 額定頻率50HZ額定轉(zhuǎn)速或同步轉(zhuǎn)速 1500r/min。2.1 Stator 項設置過程定子各個尺寸和參數(shù)的確定：使用的材料是硅鋼片D23_50.St 0.1 orIfantYalueUnitV.DegeriptiaiiEc ad.-Onl JrDi150lrwwQuttr di.rInner Di -amieter93HFlInn.er di anetfer of.廠110nnllQmtb Chf th* 51 島廠S 1-b.ckin; Fa.ctor0.95factor t>.rTypeB2

5、3 50|typ» of.廠H'jnber o£ Slots36Humberslts. g .rTypeE1Slotthe .rSkew Width00Skew witL me-asur.r|定子槽的確定:SlotLVilu«師tA'iic> tiesicnr7.rK和0.7¥05m:fslD.5mn(1.5mE<211.6fWiIzO£.5mn2.5*c3sJ4.run疏B汕亠A-4- HsOHslH.s2卜時riIL繞組的確定:WindiitE Winding La.1Htjinbir of f indin.bi

6、nding Typelhole-CoileJStatar winding tyjeFurdld S.1N'jnbtr o£,Coiidiic tdrs. . 49Hijjnber of condiict.Numbtr of .I1Kunber 肚 Etrands.Wire Trij)0rrmDouKl電sidw wire ,，Ware SizeDiane ter： lrimWire size, 0 for s.¥訂企Unit Ivaluatsd V. Dsscriplian定子繞組排列圖:PhaseTurnsIn SlotOut SlotCoil 1A49210Co

7、il 2A49311Coil 3C49513Coil 4-C49G14Coil 5E49g16Coil 6E49317Coil 7A491219Coil 3C491522Coil 9-B491S2S定子沖片圖:BsaJ-only廠廠廠廠F廠廠2.2 Rotor項設置過程轉(zhuǎn)子各個尺寸和參數(shù)的設置:NameUnitEvilmtd V.DescriptmiiRadonlyDITO. 70123.08Rib1 25Magnet TypeMSWT42SH-SMagnit lidth 44.3Magnet Thi. . . 3Tmnmmmmmm70 Turn23. OSmm1.25mm44. 3ffimm

8、n 3, Tmn編輯鋁材時需要賦23041475S/m的電阻率Limited DiameterMagjiet duct dimen.Width tf th* ribMagnet typeM屛s thi cknss. 廠廠廠廠廠廠R«ai-&nlyJJamper Slo.10Munber of dsmper ，-.Slot Typ電31Damp電ftyp色Cst BoivrFRotor sq,uirriel_cft!.Bar Conduc.aluminiimConductorE type o.HuntUnitEvtlutitd V.廠廠廠廠Ehd LtnfU0mmOrwSin(

9、ltBsidt «nd «.End Ring W.10mm10nmAxial width of en.Bad Ri dc K.IBIBnmRadial hti(hi of . u.End Ring CalwibinumConductors type o.廠廠廠廠轉(zhuǎn)子槽尺寸的確定:Slot丄 BsO * 4 jL Hsf)恤山嚴l .廠«1osu= HslHs21； R；一INw>«rdu«UnitV.KsOR0KsOlnOnroKslJ.52恥0.52hHs28.68Rl»8 6SonSsO1Rl*Im3S14.2R4.2n&#

10、171;iBs22.=m2.9 mm魅JfillOnn2.3 Li ne Start-Perma nent Magnet Synchronous電機仿真參數(shù)的設置是至關(guān)重要的，這意味著將要計算前面輸入的電機模型在該狀態(tài) 下的工況，一般是將額定工作狀態(tài)設定為分析對象仿真參數(shù)詳細設置仇n甘心|LSSMRead-onlySatuplEnMedFOperfition .,MotorMotor or generatoirLoad Tjfp 皂Const PowerMechanical load typeRtled Outp.1500tI50HRtledl m電dK血itAl .Vclttgi380V3&

11、amp;QVApplMd er 嘰LtputRated! Speed1500rpm1500rpmGiven f軌tfid speedOperating .75cel75 celOpera ting tempera.NaneUnit Evaluated V. lescriptionF廠PF廠廠廠廠2.4計算和結(jié)果的查看FerEormiancie | Desi gn Sheet | Cwrves |Data:NameValueUnitsDescription1Stator-Teeth Flux Density1 30383tesla2Statorfoke Flux Density1 53863te

12、sla3Rotor-Teeth Flm Density1 49943tesla4Rotor-Yoke Fkw Density1 18364tesla5Air-Gap FIuk Density0.53671 3tesla6Magnet Flux Density1 13803tesla7Stator-T eeth Ampere Turns12.29S9A.T.a.Statorfoke Ampere T urns77.7038A.T.9Rotor-T eeth Ampere T urns14.8247A.T.ioRotorYoke Ampere T urns5.69894A.T.itAir-Gap

13、Ampeie Turns277.741A.T.12Magnet Ampere Turns-3B0.E54A.T.13Leakage-Fhx Factor1.3110514Stator Yoke Correction Factor0.505406Correction factor foir stator yoke magnetic circuit length15Rotor Yoke Correction Factor0.505408Correction factor foir rotor poke magnetic ciircuit length16No-Load Line Current0.

14、0755772A17No-Load Input Power48.S409W第3章靜態(tài)磁場分析靜態(tài)磁場是指所有的磁場量均不隨時間改變而改變，本章在結(jié)合靜磁場理論 的基礎(chǔ)上，應用Ansoft12求解器中的靜磁場(Magnetostatic )對永磁同步電動 機進行分析，得出Maxwell2D靜磁場中的求解模型、網(wǎng)格剖分、磁密大小等。3.1電機模型和網(wǎng)格剖分圖電動機求解模型:在這里我們只對該電機的1/4模型進行分析，永磁體采用的是嵌入式的，轉(zhuǎn) 子槽是鑄鋁的，通過端環(huán)進行連接，并假設邊界無漏磁現(xiàn)象。網(wǎng)格剖分圖：3060 (mm)在保證求解進度的要求下，進行三角形網(wǎng)格剖分。采用不同的剖分尺寸對該 電機的

15、轉(zhuǎn)子槽、定子繞組、氣隙進行剖分，氣隙的剖分相較于其他的來說，要更 加的細化。3.2磁力線分布圖磁力線分布圖如下圖所示:z.aiiTe-Eez1.7曲舞礙 1期鈿-豳 i IHWe-flBZ fl .6214-52.a7HBe-Be3 1.56464-067-5.7M76<-iM3-1 lH®eH00E -1恤快占2-Z.ailTe-BBZ03QiWCmmBiEtasla1.再加V3t560 imm磁通密度矢量圖:2. &K5Ee+etW Z.Z. Z755?+ Z. 11E9S+ew L d訃噸 1- 75T9?+4MSJ1. EZE勺打沁I 1.迫1.腳油磁 i.9.

16、 75Z1C-W1 B. iZE7e-®l 旺sol 啊-een 岳 BTH5e-00i '潮比峠珈1- 5Z5*-?-TO3i.磁通密度云圖分布:3.3磁密曲線在計算模型里，對于特殊部位，可以事先繪制一條考察路徑，然后再計算該 路徑上的場量，并且對這些場量進行數(shù)學運算。3.3.1氣隙磁密分布3.3.2定子齒、軛部磁密大小3.3.3轉(zhuǎn)子齒磁密大小第4章瞬態(tài)場分析當求解問題各量隨時間變化，需要瞬態(tài)場求解器，分析步驟和方法與靜態(tài)場 很相似，但是由于瞬態(tài)問題分析的時變性， 使得它的分析方法在求解設置、 加載 方法等方面都有自己的特點。4.1額定穩(wěn)態(tài)運行性能4.1.1電流與轉(zhuǎn)矩大小W

17、inding Current00S5 0Q50J075 OT125Tinw |m$Curve InM25 W IAns-oft LLC 盯刷埜O.M OurrenUPhasicC) Sekjpi TransientOurrBn1(PM5«ASslupT . Tiamsient Durren1(PhiS£H|i5*KJp1 TrtfiilsfltM3x$ll2DD£9ign4-12 W T-25.00200NamtXYml91.BQOO21110?m2101 oooo29 46D.D0 TorqueMaxwellZDDesigM 為In 汨«g(TUX簡i

18、nMffvingl.TorquBSelufil : TrBn5ien421.8?0fl聊 D2B412 13654P0020.00 -20.00-40.00 I 1111 I25.005QM| i I i i | i i i i | r75.00100.00125.00Time fmsli | i i i i | i i i I150.00175.00200.004.1.2各部分磁密2.的別呂也002. 7191&+0007. 236-0015. H>2£le-rai1. 473+0001. 2661Ef003. 617415-0011. 0097E-0011. BW8«-0073060 (min)1. 60876+0001. 6279b*0002.5322e+00D