关于maxwell中直线和旋转运动设置的相关说明

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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。


欢迎大家跟帖发表见解

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2011-7-25 12:48 上传

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2011-7-25 12:48 上传

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baoguohui

好东西，辛苦了版主，我占个沙发，学习了。

zptonghua

呵呵，好帖子，有时间给你评个一级

87850260

谢谢队长分享！

lanjeo

回复 1# forlink

队长牛人。

顺便请教：
我做的是一个平板型音圈电机，只有上下板永磁体，永磁体中间是线圈，线圈通直流电，在洛仑磁力作用下，沿着某个方向运动。

如果我在mechanical（勾不选）中设置  速度v=10mm/s。同时，我又给绕组线圈excitations中设置励磁电流为100A，这样做瞬态 直线运动（沿X方向），能否得到正确的结果？

我是想分析线圈受力情况，并查看力的曲线，包括力的最值，以及力的正弦性好坏。从原理上说，这样的设置是行不通的，因为，既然设置了v=10mm/s，那就说明电机是稳态运动，说明线圈上不能存在沿X方向的力，否则将做加速运动，因为，线圈此刻只受到洛仑磁力作用。在仿真中，我除了给定速度以外，我还同时给了一个励磁电流，那我这样设置岂不是矛盾了吗？因为，加了一个励磁电流，那么线圈在洛仑磁力作用下将作加速运动。可是为何我这样做出的仿真也不报错，并且在X方向上得到一条正弦性很好的FX曲线？我百思不得其解。望队长指教。

forlink

回复 5# lanjeo


    对于你的仿真模型，我不了解。
可否上传模型，我帮你看一下，另外说明一下版本

lanjeo

回复 6# forlink


   12.0和14.0版本都用过，仿真结果不变。具体模型，我画个2D图你看看。


上图中，线圈截面有两个是因为，在3D模型中，这个线圈是一个环形跑道线圈，所以，2D图就变成两个了。我做的是3D的瞬态仿真，但是这会源文件不在身边。我只好先画个2D示意图你看看。

有解吗？队长，就说我设置有问题吗？我感觉有问题，但是结果又很理解。纠结。

chenqi0708

这真是精华的帖子啊！收藏了

lanjeo

回复 1# forlink


    队长，能否帮忙看看这个帖子https://bbs.simol.cn/thread-79843-1-1.html   已经放了好多天了，一直没人回答。望队长指点一二。

wtingo

LZ的东西很好，我正在做这方面的东西呢，随时和你交流。

guygw1001

谢谢分享，

电动无限

队长您好，我有一个想法，不知道对不对，请您指正

正如您所说：“对所建模型中转子所在的位置，逆时针旋转某一角度......"
在您所贴的motor例子里，转子逆时针旋转67.5，D轴和A相轴线重合。
那我顺时针旋转转子，同样也可使转子的一个D轴和A相轴线重合。这个旋转角是不是应该设置为-52.5度？
这两个角度设置是不是等效的设置呢，如果不是的话，我在计算时应该注意哪些呢？

forlink

回复 12# 电动无限


    你好，是对的，只要保证空间角度和时间角度匹配就可以

zhuzhuzy

在第5点中，您建议2D不采用电流源，那3D呢？

hxmotor

多谢版主，受益菲浅

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回复 14# zhuzhuzy


    2D和3D，情况是一样的

ysh_0530

学习一下，谢谢楼主

xuyinqi

学习了，终于可以回帖了。

tsfly

学习了，多谢楼主的分享~

ljh2010

回复 1# forlink [/b

    请问队长，我用你的电动机模型算了下。第一个模型的转子初始角是67.5度，结果算出来的转矩最后趋近于8KN.m,但是Rmxprtl里面的转矩值是5千多，怎么相差这么大？
第二个模型你设的初始角度是67.5+10，加个10度有何用意？转矩有效值也是8千多，请问是怎么回事呢