现代电机设计
利用Ansoft软件对异步起动永磁同步电动
机的分析计算
2013 年7 月
目录
第1章引言…………
第2章 RMxprt在永磁同步电机中的电机性能分析…………
2.1 Stator项设置过程…………
2.2 Rotor项设置过程…………
2.3 Line Start-Permanent Magnet Synchronous Machine的电机仿真…………
2.4 计算和结果的查看…………
第3章静态磁场分析…………
3.1 电机模型和网格剖分图…………
3.2 磁力线分布图……………………
3.3 磁密曲线
3.3.1 气隙磁密分布…………
3.3.2 定子齿、轭部磁密大小…………
3.3.3 转子齿磁密大小…………
第4章瞬态场分析…………
4.1 额定稳态运行性能…………
4.1.1 电流与转矩大小…………
4.1.2 各部分磁密…………
4.2 额定负载启动…………
4.2.1 转矩-时间曲线…………
4.2.2 电流-时间曲线…………
4.2.3 转速-时间曲线…………
4.2.4 转矩-转速曲线…………
第1章引言
Ansoft Maxwell作为世界著名的商用低频电磁场有限元软件之一，在各个工程电磁场领域都得到了广泛的应用。它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解。该软件包括二维求解器、三维求解器和RMxprt旋转电动机分析专家系统这3个主要模块，不仅可以进行静磁场、静电场、交直流传导电场、瞬态电场、涡流场、瞬态磁场等不同的基本电磁场的特性分析，还可以通过RMxprt电动机模块仿真多种电动机模型，为实际电动机设计提供帮助。利用Ansoft软件进行仿真可以帮助我们了解电动机的结构特性。
本文是一台4极、36槽绕组永磁同步电动机，利用RMxprt模块进行电机的建模、仿真以及导入到Maxwell2D的有限元模块的方法，然后再对Maxwell2D
中的永磁体模型进行修正，最后对该电机在静态磁场和瞬态磁场的情况下进行分析。
第2章 RMxprt在永磁同步电机中的电机性能分析
设计一台电机时，必须确定许多尺寸，但其中起主要与决定作用的是电机的主要尺寸。电机的主要尺寸是指电枢铁芯的直径和长度。对于直流电机，电枢直径是指转子外径；对一般结构的感应电机和同步电机，则是指定子内径。
主要尺寸确定以后，其他尺寸也就可以大体确定。电机的重量、价格、工作特性和运行可靠性等也都是和主要尺寸以及它们的比值有密切的关系。所以确定主要尺寸是电机设计的第一步。
额定功率1500W，额定电压380V，相数和相间连接方式是3相4极Y连接，额定频率50HZ，额定转速或同步转速1500r/min。
2.1 Stator项设置过程
定子各个尺寸和参数的确定：使用的材料是硅钢片D23_50.
定子槽的确定：
绕组的确定：
定子绕组排列图：
定子冲片图：
2.2 Rotor项设置过程
转子各个尺寸和参数的设置：
编辑铝材时需要赋23041475S/m的电阻率
转子槽尺寸的确定：
2.3 Line Start-Permanent Magnet Synchronous电机仿真
参数的设置是至关重要的，这意味着将要计算前面输入的电机模型在该状态下的工况，一般是将额定工作状态设定为分析对象
仿真参数详细设置
2.4 计算和结果的查看
第3章静态磁场分析
静态磁场是指所有的磁场量均不随时间改变而改变，本章在结合静磁场理论的基础上，应用Ansoft12求解器中的静磁场（Magnetostatic）对永磁同步电动机进行分析，得出Maxwell2D静磁场中的求解模型、网格剖分、磁密大小等。
3.1 电机模型和网格剖分图
电动机求解模型：
在这里我们只对该电机的1/4模型进行分析，永磁体采用的是嵌入式的，转子槽是铸铝的，通过端环进行连接，并假设边界无漏磁现象。
网格剖分图：
在保证求解进度的要求下，进行三角形网格剖分。采用不同的剖分尺寸对该电机的转子槽、定子绕组、气隙进行剖分，气隙的剖分相较于其他的来说，要更加的细化。
3.2 磁力线分布图
磁力线分布图如下图所示：
磁通密度云图分布：
磁通密度矢量图：
3.3 磁密曲线
在计算模型里，对于特殊部位，可以事先绘制一条考察路径，然后再计算该路径上的场量，并且对这些场量进行数学运算。
3.3.1 气隙磁密分布
3.3.2 定子齿、轭部磁密大小
3.3.3 转子齿磁密大小
第4章瞬态场分析
当求解问题各量随时间变化，需要瞬态场求解器，分析步骤和方法与静态场很相似，但是由于瞬态问题分析的时变性，使得它的分析方法在求解设置、加载方法等方面都有自己的特点。
4.1 额定稳态运行性能
4.1.1 电流与转矩大小
4.1.2 各部分磁密
磁密矢量图：
4.2 额定负载启动
额定负载启动时，转动惯量是0.00603446kg•m^2,转速从0开始进行异步起动，额定负载是9N•M。
4.2.1 转矩-时间曲线
4.2.2 电流-时间曲线
4.2.3 转速-时间曲线
4.2.4 转矩-转速曲线
