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

zengxiaodong · 发表于 2015-1-5 21:10

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：

无标题.png

首先采用平行磁化的方式进行仿真

平行磁化磁力线.jpg

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！

zengxiaodong · 发表于 2015-1-5 21:22

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！
径向磁化磁力线.jpg

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：
径向磁化FFT.jpg

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！

zengxiaodong · 发表于 2015-1-6 19:27

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。

zengxiaodong · 发表于 2015-1-6 20:07

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！

zengxiaodong · 发表于 2015-1-6 20:45

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

平行磁化结果.rar (89.92 KB, 下载次数: 16)

zengxiaodong · 发表于 2015-1-7 18:37

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。

zengxiaodong · 发表于 2015-1-7 19:24

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。

zengxiaodong · 发表于 2015-1-7 20:03

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

径向磁化数据.rar (90.57 KB, 下载次数: 14)

zengxiaodong · 发表于 2015-1-7 22:35

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

zengxiaodong · 发表于 2015-1-9 17:27

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。

zengxiaodong · 发表于 2015-1-10 18:14

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！

wayne · 发表于 2015-1-10 20:40

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:}

zengxiaodong · 发表于 2015-1-11 13:32

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！

Noripple.rar (5.91 KB, 下载次数: 12)

zengxiaodong · 发表于 2015-1-21 20:05

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）

小木 · 发表于 2015-1-22 13:36

楼主精辟的原创，赶紧收藏。

lby123 · 发表于 2015-1-23 08:44

精华贴，楼主辛苦了

renshengdashi · 发表于 2015-1-23 22:45

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?

live家 · 发表于 2015-1-24 21:42

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

7966116 · 发表于 2015-1-25 15:08

高手中的高手啊！

gelike · 发表于 2015-1-26 20:29

非常不错的帖子，谢谢楼主！{:soso_e179:}

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