关于方波控制的直流无刷电机仿真总结

神de右手

本人电机行业新手一枚，第一次做电机磁路仿真和结构设计，电机额定性能参数：24VDC，3000rpm，62W，197.4mNm，采用12槽8极的极槽配合方式，Y接，表贴式结构，maxwell版本2022R1

关于仿真和实际操作的几点说明：

1、  由于样机是用机器绕线（没有排线功能），所以槽满率没有设置的太高

2、  磁钢偏心距设置为6.8mm，在该偏心距下，THD值最低

3、  烧结钕铁硼磁钢N35SH，采用平行充磁方式，Br取用的为中线值（考虑到电机尺寸限制，没有采用黏结钕铁硼）

4、  仿真主要是以2D有限元瞬态场为主，模型是CAD画完后导入到有限元中的实际加工模型；

5、  考虑到定子轭部强度，轭部磁密没有设置的太高

6、  有限元网格剖分采用手动剖分方法（单元格数量在2万1左右，精度方面觉得应该问题也不大了）

7、  仿真数据截取的为曲线平稳以后的数据

8、电机类型：直流无刷电机，方波控制

9、硅钢片实际使用的牌号为DW470_50

10、做结构设计时，实际转子和磁钢长度比定子轴向长了1mm。

11、转子保护套采用不导磁不锈钢

12、转轴是铁轴

13、实测数据采用测功机进行测试

下面我把仿真的数据和实测结果发出来，和大家一起分享探讨，也把设计过程中遇到的问题一并提出来，请广大老师、前辈和大神不吝赐教，小弟在此多谢了。

之前记得有位大佬说过这样一句话：只要模型和实际加工模型是一致的（理论上），材料赋值正确，软件设置正确，那通过maxwell有限元仿真出来的数据和实测值偏差可以做到5%以内，甚至可以做到3%以内。当然毕竟这是本人第一次进行磁路仿真，经验方面还有非常多的不足，有可能大部分的人跟我一样第一次做仿真也有这样问题。（仿真与实测值见附件）

现将仿真过程中遇到的问题罗列如下：

1、 空载气隙磁密（径向分量）波形这个算正常吗？为什么好多人说气隙磁密波形最好为正弦波？

2、 单独对气隙磁密进行傅里叶分解后，图形为什么是这样的？是我哪边设置的问题吗？

3、 从气隙径向磁密傅里叶分解后的表格数据看，哪个值是气隙磁密幅值？

4、 齿槽转矩从当时的仿真结果来看，不管是从幅值还是峰峰值角度对比额定转矩值，都在5%以内（仿真的时候觉得这个齿槽转矩已经可以了，实际测试为28mNm）

5、  空载线反电势正弦性比较差（从反电势傅里叶分解后看7次谐波比较大），极弧系数和偏心距的设置主要考察的是波形畸变率THD，虽然选用的是THD最低值，但是仿真出来的波形效果并不算太好，估计还需要加大偏心距或者通过优化磁路结构来进一步降低齿槽转矩从而来削弱反电势7次谐波

6、  实测空载电流比较大，根据本人经验，空载线电流预估应该在0.2Arms-0.3Arms，但是实测值在0.8Arms（测试条件24VDC，3850rpm，空载）

7、  本人从以下几个方面进行了分析考虑：

（1）从静磁场仿真来看，是否是齿部、轭部或者靴部磁密设置不合理导致空载电流大（靴部磁密在1.8T左右，极靴位置或者极尖靠近槽口位置磁密太高是否也会影响齿槽转矩或者空载电流）

（2）空载反电势7次谐波偏大导致空载电流大；

（3）假如说磁路结构设计有问题，那为啥从空载仿真数据看电流又比较合理

（4）测试电机的驱动器是一款通用的驱动器（平时测试方波无刷直流电机均用的该款驱动器）

（5）霍尔位置偏差：就算我用无霍尔模式空载运行，线电流也在0.7Arms左右

（6）轴承采用的常规的金属防尘盖NSK轴承，多款产品在用，未发现有因为轴承问题导致的空载电流大问题；

（7）尺寸链计算波垫预紧力也比较合理

（8）端盖加工采用一次性加工成型，同心度和跳动实测没有问题

（9）定转子样品采用线切割加焊接，经常合作的供应商，应该也不存在什么工艺问题

（10）定子匝间测试下来积差也在2%-3%左右，曲线重合度比较好，排除了定子匝间导致的空载电流大

（11）电机不带油封

（12）转子已经做过动平衡（30mg以下）

备注：从以上几个方面推断，我觉得最大可能是磁路哪边设置不合理导致的，而不是机械结构上的问题（当然也有可能我还有其他方面没有考虑到，请大神们补充）

8、仿真空载的话，阻尼按照默认值设置，转动惯量从三维模型获得，实测值和仿真值对比见附件；

9、仿真负载点设置为恒转速（3000RPM）模式

总结：从这次的仿真结果来看，空载电流、齿槽转矩和额定点效率与实测值差异比较大（电流大了效率肯定低了）。当然，本人只是刚入行的菜鸟小白，不能与坛子里的大神与之并论，发该篇帖子的目的就是对自己的第一次仿真做个记录和经验分享，最后还恳请大家帮忙分析下空载电流大的原因。

xzh

第一次能做到这样还是很厉害了，向你学习！

jzq19861219

磁场仿真结果不是径向磁场啊

arangxxx

怎么设置方波电流