maxwell软件--通用电机

18通用电动机在用户已经掌握RMxprt的基本使用的基础上，我们将一些过程简化，以便介绍一些更高级的使用。有关RMxprt的详细介绍请参考第一部分的章节。18.1分析方法对于直流电动机，如果励磁绕组与电枢绕组串联，则是串励电动机。由于换向系统的存在，电枢电流和励磁电流会同时改变方向，因此当它的端电压方向改变时，产生的电磁转矩的方向也不变。这就意味着电动机不仅能在直流电源下运行，也能在交流电源下运行，因此串励电动机又称为通用电动机(UniM)，或称串激电机。通用电动机的定子上装有主磁极绕组，主磁极上的励磁绕组产生极性为N机和S极交替排列的p对定子磁场。励磁线圈既可以由直流电励磁，也可以由交流电励磁。转子上分布的绕组称为电枢绕组，与换向器相连，换向器跟随转子一起旋转。电刷与换向器始终保持电连接，当电流经电刷和换向器流入旋转的电枢绕组时，在转子电流和定子磁极产生的磁场的相互作用下产生了电磁转矩。换向器使电枢绕组磁势在空间分布是固定的，该磁势轴线始终与永磁体产生的磁势轴线垂直。对于这些电动机来说，换向器起到了机械整流的作用。通常，在频域范围内分析通用电动机的性能，通用电动机的电压方程为：IIIZIU)()(j)(afaaeaffabfaGGM2LLRRR(18.1)式中，Ra、Rf和Rb分别表示电枢电阻、励磁绕组电阻和电刷接触电阻，La、Lf和Maf分别是电枢自感、励磁绕组自感和二者之间的互感，Gaa和Gaf分别是电枢电流和励磁电流对应的感应电动势系数，ω是电枢电流的角频率，ωe是转子速度（用每秒的电弧度来表示），Z是等效的输入阻抗。电感和反电势系数是经线性化处理的非线性参数。当电刷轴线与q轴重合时，aaafGM(18.2)如果给定转子转度ωe，电枢电流I可以通过端电压U计算：ZUI(18.3)输入电功率可以直接通过电压和电流计算得到，如：cosUIP1(18.4)输出功率（机械功率）为：)(FeCufCuabfw12PPPPPPP(18.5)式中的Pfw、Pb、Pcua、Pcuf和PFe分别表示风摩损耗、电刷压降损耗、电枢铜损耗、励磁绕组铜损耗和铁心损耗。输出的机械轴转矩T2为：e22PT(18.6)电机效率为：%100PP12(18.7)18.2主要特性18.2.1支持交流和直流电源供电通用电动机既可以由交流电源供电，又可以由直流电源供电。在RMxprt中，将电源频率设置为0，表示由直流电源供电。18.2.2支持单叠绕组和复叠绕组设计RMxprt支持叠绕组设计，并能通过下式自动计算并联支路对数。mpa(18.8)式中的p为极对数，m为复倍系数。18.2.3支持单波绕组和复波绕组设计RMxprt支持波绕组设计，并能通过下式自动计算并联支路对数。ma(18.9)式中m为复倍系数。18.2.4支持虚槽结构设计直流电机的电枢绕组一般为双层绕组。许多情况下，为了简化冲片结构，常把几个线圈边放在同一个槽内，因此槽数Z将比线圈数S少，他们的关系是SZ(18.10)其中μ为槽中每一层的线圈边数，称为虚槽系数。因此每槽导体数为2μ的倍数。RMxprt能够处理μ≤4的各种虚槽设计18.2.5为有限元电磁场分析输出换向文件当采用有限元分析直流电机分析时，必须知道换向元件极性的变化。RMxprt将与换向元件位置和极性变化的相关数据保存到com_file.txt文件中，以便Maxwel2D分析时调用。13.3通用电动机设计这一节,我们将演示三相感应电动机设计的一般流程。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UniversalMotor，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UniM_2p12500rpm100W.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UniversalMotor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）18.3.1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18.1所示的Machine列表下定义基本性能数据。图18.1基本性能数据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）注意：如果将摩擦损耗设为零，RMxprt将根据后面换向器和电刷的表页中定义的电刷压力和摩擦系数来计算摩擦损耗。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。18.3.2定子设计定子由冲片叠压制成，三相交流绕组安放其中。双击项目树中的MachineStator图标，显示Properties对话框。在如图18.2所示的Stator列表中输入定子数据。图18.2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）点击OK关闭Properties对话框。18.3.2.1定义定子磁极双击项目树下的MachineStatorPole图标，显示特性Properties对话窗口。在Pole表页中定义定子主磁极的尺寸，如图18.3所示。图18.3磁极尺寸1.Embrace：极弧系数，其值在0到1.之间，磁极类型为4时不可用2.Offset：定子中心与极弧表面中心的距离。输入0表示气隙均匀3.PoleWidth：最小极宽。4.Ty：轭厚。5.Ts：靴顶厚度。6.R1：极洞半径。如果没有设计极洞，输入0。7.R2：极边圆角半径。8.R3：磁极中心侧面圆弧半径。9.R4：与弧相连处的极靴半径。输入0，则自动设计这个尺寸。若为直线连接也输入0。10.R5：两极间的螺钉孔内径。若设计时没有孔则输入0。11.R6：两极间的螺钉孔外径。若设计时没有孔则输入0。极弧的尺寸如图18.4所示。点击OK关闭弹出的Properties对话框。图18.4磁极轮廓18.3.2.2定义定子励磁绕组双击项目树下的MachineStatorField图标，显示特性Properties对话窗口。在Winding表页中定义定子绕组和绝缘数据，如图18.5所示。图18.5励磁绕组数据1.InsulationThickness：定子铁心和励磁绕组之间的绝缘厚度。2.EndAdjustment：定子线圈的端部伸出长度，指的是定子绕组垂直伸出铁心部分。3.ParallelBranches：定子绕组的并联支路数。4.TurnsperPole：定子磁极每极匝数。0表示自动设计每极匝数。5.NumberofStrands：并绕根数。0表示RMxprt自动设计。6.WireWrap：双边漆膜厚度。0表示在导线库中自动选择。7.WireSize：裸线直径，0表示自动设计（参考7.4.1节设置圆导线）。点击OK关闭弹出的Properties对话框。18.3.3转子设计转子上开槽，槽里嵌有电枢绕组，与换向器相连，换向器在转子中起机械整流器的作用。双击项目树上的MachineRotor图标，显示Properties对话框。在Rotor表页中定义转子数据，如图18.6所示。图18.6转子数据1.StackingFactor：迭压系数，此系数和转子铁心的有效铁心长度有关，值为0到1。由总长度减去所有冲片绝缘部分之差再除以总长度得到。值为1表示实心转子。2.NumberofSlot：槽数3.SlotType：转子铁心槽型（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。4.OuterDiameter：转子铁心外径。5.InnerDiameter：转子铁心内径。6.Length：转子铁心的轴向长度。7.SteelType：转子铁心材料类型（参考7.3节设置材料类型）8.SkewWidth：用槽数度量的斜槽宽度点击OK关闭Properties对话框。18.3.3.1定义转子槽双击项目树中的MachineRotorSlot图标，显示Properties对话框（参考7.1.1节槽型）。在如图18.7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18.7定子槽尺寸18.3.3.2定义转子绕组双击项目树中的MachineRotorWinding图标，显示Properties对话框，其中包含两个列表：Winding和End/Insulation。18.3.3.2.1定义转子的绕组、导体和导线在如图18.8所示的Winding列表中定义导线、导体和转子绕组图18.8绕组、导体和导线1.WindingType：绕组类型（参考7.5.2节的设置直流绕组类型）1)点击WindingType按键，显示绕组类型WindingType对话窗口。2)从对话窗口的按键中选择叠式，波式或蛙式绕组。3)点击OK关闭绕组类型WindingType对话窗口。2.MultiplexNumber：套数，从下拉菜单中选择绕组数目，此处有三种选项。1)1：单套绕组。2)2：两套绕组。3)3：三套绕组。对单叠绕组来说，套数是指进线端与出线端之间的换向片的数目，并联支路数等于极数乘上套数。对单波绕组来说，并联支路数等于套数乘以二。3.VirtualSlots：虚槽数，从下拉菜单中(1~4)选择每个实槽下的虚槽数。假设转子为双层绕组，分别为上层和下层，每一层有多个元件边，即对应多个虚槽。注意：例如，虚槽数若为2，上层和下层可以各有两个元件边；对于一个有12个槽的电机来说，就有24个换向片。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）。18.3.3.2.2定义转子的端部绕组和绝缘可参考7.5.3节端部绕组和槽绝缘中的详细介绍。在如图18.9所示的End/Insulation列表中定义绕组端部和槽绝缘。图18.9端部绕组和绝缘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Propert