基于ansoft maxwell的同步电机瞬变电抗和超瞬变电抗计算

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目前有两种方法计算同步电机瞬变电抗和超瞬变电抗，即突然短路法和超导回路模拟法，各有优缺点。本帖重点介绍后者，并基于ansoft maxwell 14，讲解如何用软件的方式实现。


一、突然短路法：
利用瞬态场，建立电机模型，进行突然短路的动态模拟仿真，得到短路电流的衰减波形，然后再对其包络线进行后出理，得出xd" ，xd' 。此种方法优点是可考虑实际工况饱和程度，缺点是后处理比较麻烦，并且只能得到直轴方面瞬态参数。


二、超导回路模拟法：
1、直轴瞬变电抗计算：
采用二维瞬态场，转子保持静止，且转子d轴线与定子某相（如A相）轴线重合。定子可加单相或三相交流电流源，使之产生直轴脉振磁势。
励磁绕组短接，可采用零电压源或外电路方法。定子频率为高频（如频率为1e5）时，励磁材料为铜，给出励磁电阻和励磁端部电感。或定子频率为工频时，励磁材料为超导材料（如电导率为1e12），赋零电阻和励磁端部电感。阻尼条材料设置为空气。
后处理时，可采用磁链法，也可采用电压法。并且对计算出的电抗，还要加上定子绕组端部漏抗，才是实际的直轴瞬变电抗。

2、直轴超瞬变电抗计算：
仍采用二维瞬态场，将阻尼条材料设置为铜材料（高频时）或超导材料（低频时），其他设置均与计算瞬变电抗时相同。
同样，计算出来的电抗，还要加上定子绕组端部漏抗和折算到定子后的阻尼端环漏抗，才是实际的直轴超瞬变电抗。


3、有关说明：
⑴ 若采用高频或超导，则频率和电导率不应过大，以免造成不收敛。


⑵ 若转子d轴线与A相重合，并且施加三相电流源，则三相电流源表达式应为，iA=Im*cos（ωt），iB=iC=-0.5*Im*cos（ωt），若转子d轴线与B或C相轴线重合，同理可赋相应电流。


⑶后处理时，若采用磁链法，则电抗表达式为X=2*pi*f*Ψm/Im。若采用电压法，则电抗表达式为
X=EN/IN。两种方法误差很小，可任意选用。其中Im和IN分别为施加相电流的峰值和有效值，Ψm
为相绕组磁链峰值。


⑷若施加单相电流源，如只给A相施加iA=Im*cos（ωt）则⑶中计算出来的电抗还需要乘以3/2的系数。


⑸为了使电枢反应场经转子漏磁路闭合，实际仿真时还需要将定子电流初始值设置0，然后再施加三相电流源。可通过if函数实现，例如，A相电流源表达式为if（time<0.001s,0A,iA=Im*cos（ωt）），其他两相可仿此赋相应电流。


⑹对于交轴超瞬变电抗的计算，定子电流仍施加直轴脉振磁势，且将转子d轴线旋转90度，即与直轴脉振磁势轴线垂直的位置。


⑺仿真时，若励磁绕组和阻尼绕组材料均设置为空气，则可计算相应的直轴电抗和交轴电抗。


⑻建议采用3D求解器，可省略端部漏抗的折算，计算出来的电抗直接为相应的瞬变和超瞬变电抗。

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下图根据某凸极同步发电机模型，算出来的直轴瞬变和超瞬变，以及交轴超瞬变磁场图。与路算结果相比，误差为6%左右，在工程允许范围内。

直轴瞬变磁场图

图1  凸极同步发电机直轴瞬变磁场图

直轴超瞬变磁场图

图2  凸极同步发电机直轴超瞬变磁场图

交轴超瞬变磁场图

图3  凸极同步发电机交轴超瞬变磁场图

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占位备用贴

zptonghua

特此留笔，以带支持

小薇

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    技术团队的队长真的好厉害哦，这个我还停留在编程计算的阶段真是太牛了！

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    技术团队的队长真的好厉害哦，这个我还停留在编程计算的阶段真是太牛了！ ...
小薇 发表于 2011-6-20 10:59

                               
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是路算程序编程，还是有限元编程计算？

小薇

是路算程序编程，还是有限元编程计算？
forlink 发表于 2011-6-20 11:38

                               
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    当然是路算编程啦，如果是用有限元编程的话那就可以自己开发Ansoft软件了VBS脚本都搞不明白呢，更别说有限元编程了

Actuator77

可以理解为第一种方法是时域法，第二种方法是频域法

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可以理解为第一种方法是时域法，第二种方法是频域法
Actuator77 发表于 2011-6-21 11:43

                               
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这个东西，就是仁者见仁，智者见智的问题。
我觉得从名称上，我的叫法更贴切，更直观。

Actuator77

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恩，文献的叫法不同

finite

楼主辛苦了，谢谢。

wgxef

现在火候还没到，学习中

fanofMiller

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    请问版主：我用该方法求取双馈电机的瞬态参数，把转子绕组设为电阻为0的超导体，求解后转子磁链并不为零，这是为什么呀？（按照超导回路磁链守恒，转子磁链应该恒为零才正确吧）

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回复 13# fanofMiller


    双馈电机，属于异步电机吧？只有同步电机，才有瞬变和超瞬变过程

leetiny123

感谢分享，学习一下~~

fanofMiller

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    是，但是可以用该方法求它在暂态时的参数吧。为什么转子设置为电阻为零的超导回路时，转子磁链不为零呢？

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    您的问题我无法定位，把激励源修改为sin函数试一下

fanofMiller

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     谢谢版主

kxllost

请问如何进行突然短路设置？

wangfei8261

楼主辛苦了。先达者为师！