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楼主: chenjinhua024

[Maxwell] ansoft中表面式(面贴式)永磁电机id=0控制及增去磁状态的实现方法

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[LV.7]常住居民III

发表于 2015-1-5 21:10 | 显示全部楼层
forlink 发表于 2015-1-2 21:02
因此,要削弱齿谐波,光采用定子闭口槽,分数槽作用可能不是太明显,要从产生齿谐波的源头来解决问题。
...

下面来优化磁极结构。

考虑到加工方便性和材料的利用率,我们选用内外圆等半径圆弧的方式,且两侧边平行,这样的话有最高的材料利用率!磁钢尺寸如下图:



首先采用平行磁化的方式进行仿真





可见,采用这种方式后气隙磁密的基波由原来的0.849T提升到了0.884T(请参见65楼),而且最令人深恶痛绝的“5次谐波”以及也不太好的7次谐波也有很大程度的降低!

从磁力线图以及磁密波形图可以看出,波形不太丰满,这是由于等半径圆弧使得两侧气隙越来越大,加上平行磁化的“聚磁”效果,使得波形中间凸起,两侧迅速降低,导致“5次谐波”偏大!

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[LV.7]常住居民III

发表于 2015-1-5 21:22 | 显示全部楼层
为了彻底消除“5次谐波”这只苍蝇,根据上面的分析,我们想使得磁密波形变得更丰满些,如果不想采用等厚度磁钢,可以采用径向磁化的方式予以平衡!


从气隙磁密波形图可以看出,径向磁化果然使得波形变得丰满了许多,有点接近“理想极限磁满率”了{:soso_e100:},定量分析的结果如下:

结果很理想,一是基波磁密进一步提高到了0.904T,更为神奇的是,竟然彻底消灭了“5次谐波”这个最大的绿苍蝇,而7次谐波也进一步降低了!

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[LV.7]常住居民III

发表于 2015-1-6 19:27 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2015-1-6 19:50 编辑

将磁极设置成平行磁化的结果如下:

齿槽转矩

可见齿槽转矩大幅度降低到了原来数值的30%以下!


用磁链求微分得到的反电势波形

可见电压波形仍然很不光滑。


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发表于 2015-1-6 20:07 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2015-1-6 20:26 编辑

平行磁化100%额定电流转矩

平均转矩10.82牛米,好像还略小于优化前,但是脉动程度有了明显改善!


平行磁化200%额定电流转矩




平均转矩20.3牛米,也是没有变大,只是脉动情况明显减小而已!

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[LV.7]常住居民III

发表于 2015-1-6 20:45 | 显示全部楼层

平行磁化下相电压的波形

100%电流

200%电流

实际的电压(V)应根据图中数值乘以9000,同样提供结果数据文件如下

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[LV.7]常住居民III

发表于 2015-1-7 18:37 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2015-1-7 19:12 编辑

磁极形状经优化后,磁化方向设置成径向的计算结果如下

齿槽转矩

可见,齿槽转矩也比优化前降低了50%以上,但是比平行磁化的高!

反电势

好像波形不如平行磁化的好。

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[LV.7]常住居民III

发表于 2015-1-7 19:24 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2015-1-7 19:36 编辑

径向磁化100%电流转矩

平均转矩10.99牛米,脉动情况几乎无差别。


径向磁化200%电流转矩



平均转矩20.64牛米。

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发表于 2015-1-7 20:03 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2015-1-7 20:21 编辑

100%电流,电压和功率因数


200%电流,电压和功率因数


电压峰值用磁链峰值乘以2*pi*f,而功率因数可以用sin去求出来。

结果数据文件如下


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[LV.7]常住居民III

发表于 2015-1-7 22:35 | 显示全部楼层

上述三种磁极下空载反电势线电势波形(磁链微分得到)
原方案

平行磁化

径向磁化

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发表于 2015-1-9 17:27 | 显示全部楼层
上面所有结果都是Id=0的控制模式!

如果改变电流的相位,也就是改变电流与直轴的相对位置,则可以计算不同交直轴电流情况下的电机运转性能,然后根据相量图求出不同工况下的Ld和Lq,以及电机的弱磁性能。
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[LV.7]常住居民III

发表于 2015-1-10 18:14 | 显示全部楼层

从优化后结果来看:

平行磁化:反电势波形好,齿槽转矩低,但是转矩脉动的频率也低(有明显的每对极6次成分)
径向磁化:反电势波形差,齿槽转矩高,但是转矩脉动的频率更高(基本上是每对极12次脉动)

因此,并不能简单地说波形好,转矩脉动就小,鉴于平行磁化的加工费用更低,因此实际生产中选用平行磁化的可能性更大!
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发表于 2015-1-10 20:40 | 显示全部楼层
chenjinhua024 发表于 2012-12-10 18:35
此法适合永磁电机,但内置式一般不是id=0控制啊,思路都一样

这些年精华帖评审工作一直在搁置,实在是对不住陈博士,从本周起精华帖评审工作再次重启,首先让大家一起学习一下你这个帖子

我有个其他的问题要问,你的一楼怎么写的是陈岩华原创呢?难道这是你的艺名?还是说这个是转帖的?{:soso_e113:}
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发表于 2015-1-11 13:32 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2015-1-11 16:55 编辑

在3种磁极形状中,原来的方案转矩脉动最大,如果用这个电机构成伺服驱动系统,则在额定负载下稳速运行时变频器输出的电流波形如何呢?

这个波形也可以通过有限元计算出来,其原理就是保持输出转矩为平均值10.884牛米不变,通过牛顿拉夫森迭代方法反算出电流的幅值,这是一个典型的一维非线性问题,计算的速度也是很快的,结果如下:

转矩波形

电流波形

这个电流波形就是变频器反馈控制时自动调节得到的波形,如果对电机进行实际测试就会得到这样的波形!

如果要进行前馈控制,也是可以的,只要在电流环的前面增加一个前馈放大器就可以实现,该放大器函数的自变量为转子位置,放大系数根据上述电流波形与理论正弦波波形的比值得到:

上面的图就是前馈放大器的函数关系图,与前面77楼对比发现,函数波形与原来正弦波电流驱动时的转矩波形几乎一模一样,这是自然而然的结果!




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发表于 2015-1-21 20:05 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2015-1-21 21:19 编辑

表面式永磁的弱磁效果不太好,在100%电流下,45度超前角控制时,相电压峰值在101伏左右,转矩为7.9牛米。


已经是容性运行了。(注意磁链波形要求导)

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[LV.7]常住居民III

发表于 2015-1-22 13:36 | 显示全部楼层
楼主精辟的原创,赶紧收藏。
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该用户从未签到

发表于 2015-1-23 08:44 | 显示全部楼层
精华贴,楼主辛苦了
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[LV.1]初来乍到

发表于 2015-1-23 22:45 | 显示全部楼层
如果theta在0到90之间工作电机会退磁吗?如果能,还能恢复吗?
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该用户从未签到

发表于 2015-1-24 21:42 | 显示全部楼层
theta=90时,A相电流达到最大值,A相与d轴重合,永磁体显示也是N极,为什么是去磁状态呢
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该用户从未签到

发表于 2015-1-25 15:08 | 显示全部楼层
高手中的高手啊!
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该用户从未签到

发表于 2015-1-26 20:29 | 显示全部楼层
非常不错的帖子,谢谢楼主!{:soso_e179:}
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