Maxwell與Simplorer聯(lián)合仿真方法及注意問題

1、三相鼠籠式異步電動機(jī)的協(xié)同仿真模型實驗分析本文所采用的電機(jī)是參照?Ansoft 12在工程電磁場中的應(yīng)用?一書所給的使用RMxprt輸入機(jī)械參數(shù)所生成的三相鼠籠式異步電動機(jī)，并且由RMxprt的電機(jī)模型直接導(dǎo)出2D模型。由于個人需要，對電機(jī)的參數(shù)有一定的修改，但是使用Y160M-4的電機(jī)并不影響聯(lián)合仿真的過程與結(jié)果。1.1 Maxwell與Simplorer聯(lián)合仿真的設(shè)置1.1.1Maxwell端的設(shè)置在Maxwell 2D模型中進(jìn)行一下幾步設(shè)置：第一步，設(shè)置Maxwell和Simplorer端口連接功能。右鍵單擊Model項，選擇Set Symmetry Multiplier項，如圖1.1所

2、示，單擊后彈出圖1.2的對話框。圖1.1 查找過程示意圖 圖1.2 設(shè)計設(shè)置對話框在對話框中，選擇Advanced Product Coupling項，勾選其下的 Enable tr-tr link with Sim 。至此，完成第一步操作。第二步，2D模型的鼓勵源設(shè)置。單擊Excitation項的加號，顯示Phase A、Phase B、Phase C各項。雙擊Phase A項，彈出如圖1.3所示的對話框。 圖1.3 A相鼓勵源設(shè)置在上圖的對話框中，將鼓勵源的Type項設(shè)置為External，并勾選其后的Strander，并且設(shè)置初始電流Initial Current項為0。Number o

3、f parallel branch項按照電機(jī)的設(shè)置要求，其值為1。參數(shù)設(shè)置完成后，點擊確定退出。需要說明的一點是，建議在設(shè)置Maxwell與Simplorer連接功能即第一步之前，記錄電壓鼓勵源下的電阻和電感。事實上，這里的電組和電感就是Maxwell 2D計算出的電機(jī)的定子電阻與定子電感。這兩個數(shù)據(jù)在外電路的連接中會使用到，在后面會詳細(xì)說明。至此，Maxwell端的設(shè)置完畢。1.1.2 Simplorer端的設(shè)置Simplorer端的設(shè)置，主要是對電機(jī)外電路的設(shè)置，具體的電路會在空載實驗和額定負(fù)載實驗中詳細(xì)給出，這里不再贅述。1.1.3 聯(lián)合仿真時間的設(shè)置聯(lián)合仿真時，Maxwell和Simp

4、lorer同時運行，程序按照各自設(shè)定的時間和步長運行。其中Simplorer是主動者，Maxwell是被動者，當(dāng)Maxwell運行完畢但Simplorer尚在運行時，Maxwell將重新運行，與Simplorer進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在實踐中，發(fā)現(xiàn)仿真時間的設(shè)置對結(jié)果有一定的影響。例如，將二者仿真時間和步長設(shè)置相同的話，仿真的結(jié)果就不正確。在反復(fù)試驗的前提下，得到如下經(jīng)驗：將Simplorer的時間和步長設(shè)置長一些，將Maxwell的時間和步長設(shè)置短一些，這樣實驗的結(jié)果就接近正確值。1.1.4 2D模型的導(dǎo)入2D模型的導(dǎo)入Simplorer中的步驟，如圖1.4所示。圖1.4 導(dǎo)入步驟點擊以后，會彈出圖

5、1.5所示的對話框。 圖1.5 2D導(dǎo)入對話框其中File項是指待添加Maxwell 2D模型的位置，下面的選項是選擇2D模型還是3D模型，Solution項是選擇對應(yīng)的TR。1.2 空載實驗協(xié)同仿真分析1.2.1 Simplorer電路設(shè)置空載實驗的電路圖如圖1.6所示。 圖1.6 空載實驗電路設(shè)置圖外電路確實定主要是通過以下幾個步驟：電源電壓不能直接與電機(jī)的三相輸入端口直接相連，通過查閱資料得知，需要在線路上添加電阻或電感器件。實驗初始，參加小電阻，相當(dāng)于電源的內(nèi)阻，在外電路設(shè)置的根底上可以運行。三相輸出連接在一起，接地與不接地不影響實驗的結(jié)果，這個是通過比照驗證得出的結(jié)論。MotionS

6、etup1端口，是在2D模型中Model項的修飾局部，在生成2D模型時系統(tǒng)自動設(shè)定。經(jīng)過比照實驗，得出如下結(jié)論：如果MotionSetup1輸入端口接入轉(zhuǎn)速源，改變轉(zhuǎn)速源的參數(shù)值不影響電機(jī)的輸出變化；如果MotionSetup1輸入端口接地，電機(jī)的輸出結(jié)果與參加轉(zhuǎn)速源的輸出結(jié)果是一致的，因此，MotionSetup1輸入端口不管接什么類型的源，均不影響電機(jī)的輸出結(jié)果。但是在2D模型中改變MotionSetup1的話，輸出將隨著輸入的不同轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，于是就知道MotionSetup1輸入端口取決于2D模型中的設(shè)定，跟Simplorer中的連接方式?jīng)]有任何關(guān)系。在此根底上，選定Simplorer

7、中MotionSetup1輸入端口接地。對于MotionSetup1.out的設(shè)定也是通過比照實驗來確定：在其他外電路連接完全相同的條件下，輸出端口接地和接轉(zhuǎn)動慣量的電機(jī)定子電流如圖1.7和1.8所示： 圖1.7 輸出端口接地的定子電流圖 圖1.8 輸出端口接轉(zhuǎn)動慣量的定子電流圖通過比照可以看出，接地的定子電流穩(wěn)定的要快，而接轉(zhuǎn)動慣量的定子電流穩(wěn)定的要慢，但是和原來的導(dǎo)入RMxprt模型實驗和自帶電機(jī)模型試驗的定子電流圖保持一致。也就是說，參加轉(zhuǎn)動慣量以后，電時機(jī)仿真起動過程，這就是先前的實驗中為什么要參加轉(zhuǎn)動慣量MASS_ROT的原因了。本實驗最關(guān)鍵的一點就是對電阻和電感數(shù)值的選取。a、先前

8、在線路中只參加一小電阻，考慮作為電源內(nèi)阻的功能，但是出來的定子電流相當(dāng)不理想，如圖1.9所示。 圖1.9 單純參加小電阻的定子電流圖從上圖看出，雖然三相電流最終到達(dá)穩(wěn)定，但是明顯不符合要求：A相電流太大，B、C相電流相對較小，而且還是負(fù)值，這與理想中的空載電流相差很大。b、如果參加小電阻和小電感，電流的波形與圖1.9相差不大。c、在前兩組實驗中，得到的結(jié)論是線路的電阻和電感不能隨意設(shè)定，必須設(shè)置適宜的參數(shù)才能得到正確的結(jié)果，在此根底上，考慮將電阻值設(shè)定為電機(jī)的定子電阻值，將電感值設(shè)定為定子的漏感。執(zhí)行新的實驗方案，得到了正確的波形?？偨Y(jié)以上幾點的分析，并結(jié)合一定數(shù)量的實驗，得出圖1.6電機(jī)的空

9、載實驗原理圖：A、 B、C為三相電壓，有效值為220V，相位依次相差；R1、R2、R3為電機(jī)的定子電阻，值為0.921989；L1、L2、L3為定子側(cè)的漏電感，值為0.00777424H；電機(jī)的三相輸入接電源，三相輸出連接在一起，MotionSetup1輸入端口接地，輸出端口接電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，值為0.0968218。至此，線路連接完畢。6.2.2 實驗結(jié)果及分析1、 定子相電流波形如圖1.10所示。圖1.10 空載實驗定子相電流波形從圖中可以看出，電機(jī)在0.8s左右完成起動過程，此后穩(wěn)定在空載狀態(tài)，空載電流的有效值為2.43A。與RMxprt的空載電流2.40252A相比，差距不大。2、電機(jī)轉(zhuǎn)

10、速圖如圖1.11所示圖1.11 電機(jī)的轉(zhuǎn)速圖電機(jī)開始啟動，轉(zhuǎn)速逐漸上升，最終穩(wěn)定在1500rpm。1.3突加突卸負(fù)載的協(xié)同仿真1.3.1實驗原理圖實驗原理如圖1.12所示。圖1.12 突加突卸負(fù)載實驗原理圖實驗中，01s時電機(jī)完成起動并穩(wěn)定在空載狀態(tài)；在2s時參加負(fù)載，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為24 N·m，12s電機(jī)處于負(fù)載狀態(tài)；在3s時卸去負(fù)載，電機(jī)處于空載狀態(tài)，仿真時間為4s。6.3.2實驗結(jié)果及分析1、定子相電流圖如圖1.13所示 圖1.13 突加突卸實驗定子相電流圖從圖中可以看出，在02s時電機(jī)完成起動并穩(wěn)定在空載狀態(tài)；在2s時參加負(fù)載時，定子電流開始上升，最終在穩(wěn)定的負(fù)載狀態(tài)；在3s時卸去負(fù)載，電流開始下降，最終回到空載狀態(tài)。2、電機(jī)轉(zhuǎn)速如圖1.14所示圖1.14 突加突卸