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[Maxwell] 关于maxwell中直线和旋转运动设置的相关说明

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[LV.6]常住居民III

发表于 2011-7-25 12:48 | 显示全部楼层 |阅读模式

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若对电机进行运动分析,则须采用瞬态场(transient)模块,并且assign band,和进行相应的运动设置(motion setup)。电机的运动形式主要分为直线运动和旋转运动,本帖针对广大新手包括很多老手搞不清楚的地方,进行了研究,并附上实际工程,供大家学习和参考。


一、对于直线运动,以广泛使用的直线电机为例,作具体阐述。



直线电机band设置有个原则,即要确保动子在运动过程中,不要超过band的范围。另外,除了指定band,还需要用一个空气包贴着动子表面,将动子包住。显然,band尺寸要比空气包尺寸大。最后,不要忘记再用一个大大的空气包,将所有模型包住,以使得求解域连通。




直线电机指定band后,还需要设置initial position和运动界限(即指定negative和positive数值)。initial position是指动子的初始位置,是以画图的位置作为0参考位置。initial position为0,则意味着动子初始位置如画图的位置,保持不动。若设置初始位置为正值,则意味着动子的初始位置为,沿画图的位置向坐标轴正方向移动该数值后的位置。negative和positive也是以图中的位置作为0参考位置,动子沿坐标轴负向和正向移动的位移。



二、对于旋转运动,以广泛使用的同步电动机为例,作具体阐述。



对所建模型中转子所在的位置,逆时针旋转某一角度,使得电机A相绕组通正向电流产生的磁场方向与转子磁场方向反向。之所以是反向而不是重合,是因为ansoft默认电机采用电动机惯例,也就是电流和反电动势反向。而该角度,就是转子初始位置角(initial position)。所谓A相绕组通正向电流,即A相带电流方向为流出(positive),X相带电流方向为流入(negative)。至于A相绕组通正向电流产生的磁场方向,可使用右手螺旋定则判定。此时指定的转子初始位置角,使得A相初始时刻交链的磁通为最大值,因此A相初始时刻感应电势大小为0,进一步分析还可以得出,A相初始时刻感应电势相位也为0。因此A相感应电动势表达式为EA=Em*sin(ωt),其他两相可依据三相对称关系写出。




转子初始位置角确定以后,激励源初始相位角要与其匹配才行。根据电机学基本原理,对发电机,空载感应电动势超前于电压一个角度,该角度就为功角(
δ)。对于电动机,则为滞后关系。因此,若所仿真模型为电动机(发电机),施加激励源为电压源时,那么A相电压源表达式应为UA= Um*sin(ωt+δ)(对发电机:UA= Um*sin(ωt-δ)),其他两相可依据三相对称关系写出。

三、有关说明:

1、对于旋转运动,本帖所述方法具有很广的适用范围,可适用于所有类别的同步电机,诸如汽轮发电机,水轮发电机,永磁同步电机,爪极电机,感应子电机,等等。

2、也可以不按照本帖中默认的转子位置角及激励源初始相位角进行设置,但无论怎样,二者一定要相匹配,即转子在空间上转动多少电角度,那么电压或电流在时间上也应转动相应的电角度。

3、如果转子初始位置角和激励源初始相位角不匹配,那么仿真所得到的电流,转矩,功率曲线都是错误的,而反电势和电压是不受影响的,其中道理不难理解。

4、本贴是基于sin函数施加激励,也可以采用cos函数,但转子位置角需要在本帖所述方法基础上,移动90度电角度。

5、不建议采用电流源,因为对于二维模型,若施加电流源且导线形式设置为多股(stranded),则无法计及电机绕组和端部电感。若导线形式设置为单股(solid),虽然可计及电阻,但与电机多股导线实际情况不符。

6、附件为基于Ansoft 14版本,电励磁同步电动机和发电机rmxprt及maxwell模型。在转子初始位置角及电压源初始相位角匹配的前提下,分别设置了两组不同转子初始位置角及相应的电压源初始相位角,仿真结果表明,本贴研究结论正确。


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