maxwell软件--自起动永磁同步电动机(共20页).doc

11 自起动永磁同步电动机本章我们将简化RMxprt一些基本介绍，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11.1基本理论 同步电机定子绕组上输入三相正弦电压，在气隙中产生旋转磁场转子上的永久磁极力图与定子旋转磁场对齐，因而在转子上产生同步转矩起动时，转子上的阻尼绕组产生异步起动转矩，使其具有自起动能力 自起动永磁同步电机的频域相量图如图11.1所示图 11.1 矢量图图11.1中，R1、Xd、Xq分别为定子电枢的电阻、d轴同步电抗和q轴同步电抗 (11.1) 上式中，X1为电枢绕组漏电抗，Xad和Xad分别为d轴电枢反应电抗和q轴电枢反应电抗 设力矩角为θ（相量E0与相量U的夹角），可导出 (11.2) 解得： (11.3)设相量I与相量E0的夹角为ψ： (11.4) 功率因数角φ（相量I与相量U的夹角）为： (11.5) 输入电功率为： (11.6) 输出机械功率为： (11.7) 式中Pfw, PCu, 和PFe分别为风摩损耗、电枢铜损和铁心损耗输出机械转矩为： (11.8) 式中ω为同步角速度rad/s ). 电机效率为： (11.9) 电机的起动方式与感应电机相同，即借助于转子上的鼠笼绕组（在此称为阻尼绕组）产生起动力矩。

11.2 主要特点11.2.1适用于8种转子结构转子结构中由于永久磁钢的布置方式不同，转子的磁路结构差别很大RMxprt可对不同的转子结构进行分析和设计11.2.2线圈和绕组的排列优化设计几乎所有常用的三相和单相，单层和双层，整数槽和分数槽交流绕组都能自动设计用户不需要一个接一个的自己定义线圈当设计者采用全极式单层绕组时，RMxprt将自动对绕组进行排列，以减少绕组端部长度当使用不对称三相绕组时，绕组排列按照最少负序和零序进行优化11.2.3 绕组编辑器支持任何单、双层绕组的设计除了利用RMxprt中的绕组自动排列功能，用户也能通过Winding Editor来指定特殊形式的绕组排列在Winding Editor（绕组编辑器）中，通过改变每个线圈的相属Phase、 匝数Turns、 入槽号In Slot和出槽号Out Slot，可排列出任意所需的单、双层绕组分布形式11.2.4 阻尼绕组的动态参数分析第3 ~ 7种转子的阻尼绕组结构与感应电机的鼠笼绕组相同第8种转子结构与凸极同步电机相同，这种结构中阻尼绕组处于d-轴和q-轴差别很大的非均匀磁场中，而阻尼条的连接又有每极连接（极间不连接）、全部连接和端板式连接。

所有这些复杂情况RMxprt都能进行分析处理，给出阻尼绕组的动态参数11.3 自起动永磁同步电机这一节, 我们将演示自起动永磁同步电机设计的一般流程点击Start>Programs>Ansoft>Maxwell 12>Maxwell 12从桌面进入Maxwell界面从RMxprt主菜单条中点击 File>New 新建一个空白的Maxwell工程文件Project1从RMxprt主菜单栏中点击Project>Insert RMxprt Design在Select Machine Type 会话框中选择Line-Start Permanent-Magnet Synchronous Motor，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File>Save如果想把项目另存为LSSM_4p50Hz550W.mxwl ，可从下拉菜单选择Save As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Line-Start Permanent-Magnet Synchronous Motor做为电机模型时，必须输入如下几项： 1. General data. （基本性能数据）2. Stator data. （定子数据）3. Rotor data. （转子数据）4. Solution data. （解算数据）可在转子中选择添加或去掉阻尼绕组。

11.3.1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11.2所示的Machine列表下定义基本性能数据图11.2 基本性能指标1. Machine Type：电机类型2. Number of Poles：电机极数其值为定子极数的总和（或极对数×2）3. Frictional Loss：在参考转速下测得的摩擦损耗（由摩擦产生） 4. Wind Loss：参考转速下测得的风阻损耗（由空气阻力产生） 5. Reference Speed：所给的参考转速点击OK关闭Properties对话框11.3.2定子设计双击项目树中的Machine>Stator图标，显示Properties对话框在如图11.3所示的Stator列表中输入定子数据图11.3 定子数据1. Outer Diameter：定子外径 2. Inner Diameter：定子内径3. Length：定子铁心的轴向长度 4. Stacking Factor：定子的迭压系数 5. Steel Type：定子铁心材料类型（参考7.3节设置材料类型）6. Number of Slot：定子槽数7. Slot Type：定子槽型（参考7.1.1节槽型） 1) 点击Slot Type显示Select Slot Type对话框。

2) 选择一种槽型（有6种类型可用） 3) 点击OK关闭Select Slot Type对话框 8. Skew Width：用槽数度量的斜槽宽度点击OK关闭Properties对话框11.3.2.1定子槽型设计双击项目树中的Machine>Stator>Slot图标，显示Properties对话框（参考7.1.1节槽型）在如图11.4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11.4 定子槽尺寸11.3.2.2 设计定子绕组双击项目树中的Machine>Stator>Winding图标，显示Properties对话框，其中包含两个列表：Winding 和End/Insulation11.3.2.2.1定义导线、导体和定子绕组 在如图11.5所示的Winding列表中定义导线、导体和定子绕组图11.5 导线、导体和定子绕组数据1. Winding Layers：绕组层数从下拉菜单中选择绕组层数（可选1和2）2. Winding Type：绕组类型（参考7.5.1节的设置交流绕组类型）1) 点击Winding Type显示WINDING Type对话框。

2) 从以下3种绕组类型中选择一种：a. Editorb. Whole Coiledc. Half Coiled3) 点击OK关闭WINDING Type对话框3. Parallel Branches：定子一相绕组的并联支路数4.Conductors per Slot：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. Coil Pitch：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56. Number of Strands：每个导体中导线的并绕根数输入0，RMxprt会自动设计根数7. Wire Wrap：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. Wire Size：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）11.3.2.2.2定义端部绕组和槽绝缘数据可参考7.5.3节端部绕组和槽绝缘中的详细介绍在如图11.6所示的End/Insulation列表中定义绕组端部和槽绝缘。

图11.6 端部绕组和绝缘数据1. Input Half-turn Length：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Properties对话框会出现Half Turn Length如未被选中，会有End Adjustment替代其位置2. Half-turn Length：电枢绕组的半匝长度当Input Half-turn Length被选中时，其可用3.End Adjustment：定子绕组的端部长度调节项，及导线伸出定子的垂直距离当Input Half-turn Length未被选中时，其可用4. Base Inner Radius：底角半径5. Tip Inner Diameter：线圈外弧半径6. End Clearance：两临近线圈的间隔7. Slot Liner：槽绝缘的厚度8. Wedge Thickness：槽楔的厚度9. Layer Insulation：层绝缘的厚度10. Limited Fill Factor：设计槽满率的上限点击OK返回RMxprt的主窗口11.3.2.2.3 绕组编辑器对于自起动永磁同步电机，用户可以利用绕组编辑器为每个槽定义不同的导体数。

为了使用绕组编辑器，用户必须在 Winding Property 中选择Winding Type 为Editor (参考3.5编辑交流绕组)11.3.3转子设计在项目树中双击 Machine>Rotor图表显示Properties对话框在Rotor列表中，定义转子数据11.3.3.1设计转子在如图11.7所示的Rotor列表中，定义转子数据图11.7 转子数据1. Outer Diameter：转子外径2. Inner Diameter：转子内径3. Length：转子铁心长度4. Steel Type：选择转子材料(参考7.3指定材料类型)5. Stacking Factor：转子的迭压系数 6. Pole Type 转子铁心磁极类型点击Pole Type 如图11.8所示，显示Select Pole Type会话框（可选的磁极类型为1到8）点击OK关闭弹出的会话框 图11.8 选择磁极型式注：当鼠标放在某个极的按钮上时，就会出现所选磁极的轮廓和相应磁极的尺寸，如图11.9所示a. Type 1b. Type 2c. Type 3d. Type 4e. Type 5f. Type 6g. Type 7h. Type 8图11.9 磁极型式点击OK关闭Properties会话框。

11.3.3.2 设计转子磁极在项目树下双击Machine>Rotor>Pole图标显示Properties对话框，在如图11.10所示Pole列表中，定义转子磁极数据图11.10 磁极数据表11.1 可用的磁槽尺寸磁极D1B1RibO1O2。