maxwell软件--开关磁阻电机

15开关磁阻电机本章我们将简化RMxprt一些基本操作的介绍，以便介绍一些更高级的使用。有关RMxprt基本操作的详细介绍请参考第一部分的章节。15.1基本理论开关磁阻电机的定子和转子均为凸极结构，通常定子的极对数大于转子的极对数。定子磁极上有多相集中绕组，转子上无绕组。当定子上某（些）绕组通电时，由于磁阻的差异，转子将受到力矩的作用，转子磁极向与定子磁极对齐（磁阻最小）的位置转动，以使定子绕组获得最大的磁链。绕组的相数是定子极数与定、转子极数的最小公约数之比。在开关磁阻电动机(SRM)中，定子和转子的极数不同，转子上设有位置传感器，定子电流严格地根据转子的位置换向。转子的位置信号通过位置传感器获得。定子绕组按顺序触发，一般情况下当一相绕组电流关断或快要关断时，下一相绕组被触发。因此可以忽略两相绕组间的相互影响。一相的电压方程为：tiiRuuSTd),(d(15.1)式中uT表示晶体管或二极管的压降，RS表示定子绕组电阻。Ψ(θ,i)表示转子在θ位置，绕组电流为i时绕组的磁链，如图15.1所示，当转子槽的中心与绕组轴线对齐时转子的位置为0。图15.1Ψ(θ，i)令)(),(),(LiiiiL(15.2))(),(GLii1G(15.3)得出iGiLiRuueSTp(15.4)式中ωe表示转速，用电角度表示，微分算子为：tddp(15.5)瞬时电磁转矩t2为：22Gi21t(15.6)输入电功率可由电压和电流获得：T1tuiT1P0d(15.7)输出的机械功率为：)(FetCuafw12PPPPPP(15.8)式中Pfw，PCua，Pt和PFe分别表示摩擦和风损耗、电枢铜损耗、晶体管/二极管压降损耗和铁心损耗。平均输出的机械转矩为m22PT(15.9)式中ωm表示转速，用电角度表示电机的效率由下式计算：%100PP12(15.10)15.2主要特点15.2.1支持三种基本的电路形式支持三种基本的电路：全压型、半压型和线圈耦合型。15.2.2支持电流斩波控制对于采用电流斩波控制的开关磁阻电动机，可以通过RMxprt设置斩波电流的上下限。15.3开关磁阻电动机设计这一节，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SwitchedReluctanceMotor，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SRM_8-6p1500rpm550W.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SwitchedReluctanceMotor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）15.3.1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15.2所示的Machine列表下定义基本性能数据。图15.2总体要求数据1.MachineType：电机类型。2.FrictionalLoss：在参考转速下测得的摩擦损耗（由摩擦产生）3.WindLoss：参考转速下测得的风阻损耗（由空气阻力产生）4.ReferenceSpeed：所给的参考转速。5.ControlType：控制方法。从下拉菜单中选择控制类型：DC或CCC(电流斩波控制)6.CircuitType：驱动电路类型。1)点击电路类型CircuitType按键，显示如图15.3所示的电路类型对话框。图15.3电路类型2)选择电路类型：a.全压型：b.半压型：c.线圈耦合型：注意：当鼠标在类型选项上移动时，右边的图形框中自动显示相应的电路图，如图15.4所示。a.全压型b.半压型c.线圈耦合型图15.4电路类型3)点击OK关闭特性弹出的对话窗口。点击OK关闭Properties对话框。15.3.2定义电路数据在项目树下双击MachineCircuit，可显示Properties会话框来指定电路参数，如图15.5，然后点击OK来关闭弹出的会话框。图15.5电路数据1.LeadAngleofTrigger：触发超前角。触发超前角设置为0度可以使导通相绕组获得最大平均感应电压。触发角大于0为超前，小于0为滞后2.TriggerPulseWidth：触发脉冲宽度（电角度）；3.TransistorDrop：开关管压降4.DiodeDrop：二极管压降。对于S3和S4型电路，二极管压降为开路相的全电压（额定电压）5.MaximumCurrent：对于CCC控制类型的电流上限。6.MinimumCurrent：对于CCC控制类型的电流下限。15.3.3定子设计在项目树下双击图标MachineStator显示Properties会话框.在Stator列表中，如图15.6，所示设计定子铁心。图15.6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）6.NumberofPoles：定子所含的磁极数目。7.Embrace：极弧系数。8.YokeThickness：定子轭部的厚度。点击OK关闭Properties对话框。15.3.3.1定义定子绕组双击项目树中的MachineStatorWinding图标，显示Properties对话框。在如图15.7所示的Winding列表中定义导线、导体和定子绕组图15.7磁极尺寸1.InsulationThickness：定子和励磁绕组之间的绝缘层厚度。2.EndAdjustment：定子线圈的端部长度调整。3.ParallelBranches：定子一相绕组的并联支路数4.TurnsperPole：每个定子磁极下的匝数。0表示自动设计每极匝数。5.NumberofStrands：每个导体中导线的并绕根数。输入0，RMxprt会自动设计根数。6.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7.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）。8.CoupledRatio：耦合比。只有当电路类型为线圈耦合型是有效，应在此输入与主电路耦合的线圈匝数比。点击OK关闭Properties对话框。15.3.4转子设计在工程树下双击图标MachineRotor显示Properties会话框。在Rotor列表中，输入转子设计数据，如图15.8所示。图15.8转子数据1.OuterDiameter：转子外径2.InnerDiameter：转子内径3.Length：转子铁心长度4.SteelType：选择转子材料(参考7.3指定材料类型)5.StackingFactor：转子的迭压系数6.NumberofPoles：转子极数7.Embrace：极弧系数。极弧实际的角度与最大磁极角度之比，在0到1之间。8.YokeThickness：转子轭部的厚度。点击OK关闭Properties对话框。15.3.5定义转轴数据定义转轴数据：1.点击项目树中的MachineShaft图标，显示Properties对话框2.在如图15.9所示的Shaft列表中，选择或清除MagneticShaft选项，以指定转轴是否由磁性材料制成。3.点击OK关闭Properties对话框图15.9转轴设置15.4开关磁阻电动机的求解15.4.1解决方案设置在对设计方案进行分析前，先进行几项选择设置：设置计算方案：1.在项目树下用右键点击Analysis图标，然后右键菜单中点击AddSolutionSetup，显示SolutionSetup对话框.2.在如图15.10的General列表中定义计算方案的数据。图15.10解决方案设置1)OperationType：运行方式2)LoadType：从下拉列表中选择负载类型(参考7.8.2发电机负载类型).3)RatedOutputPower：电机额定输出功率。4)RatedVoltage：电机线电压有效值，并选择其单位。5)RatedSpeed：额定转速，在电动机负载端的理想输出转速。6)OperatingTemperature：电机运行时的工作温度。工作温度会影响绕线的电阻，因此会影响电阻损耗。3.点击OK关闭Properties对话框15.4.2求解1.点击RMxprtValidationCheck，显示ValidationCheck的消息框。2.如果设置有问题，可以通过窗口中的诊断消息解决。3.点击Close关闭ValidationCheck的消息框。4.当设计被确认后，点击RMxprtAnalyzeAll。5.分析过程会在过程Progress窗口中显示，分析信息会在MessageManager窗口中显示。15.5开关磁阻电动机的设计输出当RMxprt完成求解后，可采用下面的方法观察和分析计算结果：15.5.1查看计算结果点击RMxprtResultsSolutionData显示Solutions对话框，其中包含4个列表。看完结果后，点击Close来关闭Solution消息对话框。15.5.1.1解决方案数据在SolutionData列表中的Data下拉列表由有关于三相感应电机的5个数据表1.满载运行输入直流电流InputDCCurrent3.84335A相有效电流PhaseRMSCurrent4.24819A相电流密度PhaseCurrentDensity16.457磨擦和风损耗FrictionalandWindLoss7.61799W铁心损耗IronCoreLoss39.1931W绕组铜损耗WindingCopperLoss230.102W晶体管损耗TransistorLoss15.0999W二极管损耗DiodeLoss5.39552W总损耗TotalLoss295.409W输出功率OutputPower550.127W输入功率InputPower845.536W效率Efficiency65.0625额度转速RatedSpeed952.248rpm额度转矩RatedTorque5.51676NewtonMeter磁链FluxLinkage0.431118Wb定子磁极磁密Stator-PoleFluxDensity1.68013tesla定子轭磁密Stator-YokeFluxDensity1.36574tesla转子磁极磁密Rotor-PoleFluxDensity1.28355tesla转子轭磁密Rotor-YokeFluxDensity1.36574tesla绕组阻值WindingResistance3.18752ohm绕组漏电感WindingLeakageInductance1.8687mH铁心损耗电阻Iron-CoreLossResistance1679.94o