电磁场仿真分析.docx

1、电磁场仿真分析密级：名称：XX永磁同步电机仿真分析报告编写：校对：审核：批准：朴渡科技内容提要：对18kW永磁进行电磁场、温度场和力学结构仿真分析。主题词永磁同步电机；更改栏更改单号更改日期更改人更改办法1电机简介 - 3 -2主要分析项目 - 4 -3电磁场仿真分析3.5 退磁校核 - 16 -3.6齿槽转矩仿真 - 16 -3.7电感仿真 - 17 -1电机简介18kW永磁同步电机由*公司提出。电机具体指标见下表1表1 18kW_PMSM性能指标序号参数单位设计值1工作点1转速n1rpm8000转矩T1N m17.91相电流1rmsAz-k宀待定2工作点2转速n1rpm8000转矩T1N

2、m21.5相电流IrmsAz-k宀待定3转动惯量Jm（电机转子、旋变、制动器）kg mmz-k宀待定4额定工作电压VDC2705电机尺寸mm 158 x 160mm6电机质量G （不含控制器）kgr 15（暂定）7效率% 808冲击电流A 202主要分析项目借助仿真设计平台，对JXX进行电磁场、温度场、力学结构的仿真分析。本次仿真所采用的软件件下表 2。表3计算机软件设备软件名称生成厂家版本号An sys Maxwell美国Ansys公司16.0具体分析分析内容见下表3表4 18kW_PMSM仿真分析内容仿真项目分析内容电磁场仿真电磁转矩、转矩波动绕组铜耗、定子铁耗、转子涡流损耗、效率退磁校核

3、、齿槽转矩、定转子各部分磁密3电磁场仿真分析针对JXX电机的两个工作状态（性能指标见下表5），对其进行电磁场有限元仿真。表5 4 18kW_PMSM性能指标1额疋工作点转速nirpm8000转矩TiN m17.912极限工作点转速匕rpm8000转矩T2N m21.5首先建立电机的二维有限元全周期分析模型，如图 1所示。图中黄、兰、绿分别表示A、B、C三相绕组，永磁体N S极分别用红色、蓝色表示,转子护套用橙色表示图1电机有限元分析模型对电机定子、转子、护套、永磁体、绕组、气隙进行剖分，其网格剖分效果如下图2所示。网格划分均匀，气隙处网格密度最大，满足瞬态场图2电机网格剖分效果电机正弦波驱动，

4、采用ld=0控制方式。3.1转动惯量计算表6转动惯量精确计算磁钢护套转轴挡板转子轭旋变总和转动惯量1324.02834790849.9107：110.9399744.64029003126.6转动惯量为3126kg.mm2满足任务书要求3.2额定工作点性能仿真电机在额定工作点性能仿真结果见下表 7。电机在该工作点，定子铜耗为129.0674W,定子铁心损耗243.1106W,转子部分（包括转子轭、磁钢、转子护套）涡流损耗为185.6405W,电机的效率为95.5%。表7额定工作点性能指标仿真转速(rpm)8000电流密度(A/mm2)4.803转矩(N.m)17.91 线负荷(A/mm)46.

5、6854相电流(A)55热负荷(A2/mm3)224.231相电势max(V)127.5759铜耗(W)189.9688相电势rms(V)94.7294 铁耗(W)176.9034线电势max(V)231.4032 |转子涡流损耗(W)103.9389线电势rms(V)163.5657 1电机效率96%KT(Nm/A)0.3256外加线电压max(V)237.97KE(V/krpm)28.9254 转矩波动2.36%电机的转矩波形、相反电势波形、线反电势波形、定子铁耗和转子涡流损耗损耗曲线分别见图3至图6X PkM：2 LsudJS&miJSbWI A图4相反电势波形X PtotSLudJ5&

6、ranJSkM1 *图5线反电势波形图6定子铁心损耗(红色) &转子涡流损耗(蓝色)曲线3.3极限工作点性能仿真电机在极限工作点性能仿真结果见下表 &电机在该工作点，定子铜耗为257.2272W,定子铁心损耗208.4185W,转子部分(包括转子轭、磁钢、转子护套)涡流损耗为118.7989W,电机的效率为95.6%表8极限工作点性能指标仿真转速(rpm)8000线负荷(A/mm)54.3249负载转矩(N.m)21.4962热负荷(A2/mm3)303.621相电流(A)64铜耗(W)257.2272相电势max(V)137.6328铁耗(W)208.4185相电势rms(V)99.3111

7、转子涡流损耗(W)118.7989线电势max(V)248.599其它损耗(W)150线电势rms(V)171.555电机效率96.1%KT(Nm/A)0.335878外加线电压max(V)250.73KE(V/krpm)31.07488转矩波动1.9%电流密度(A/mm2)5.589电机的转矩波形、相反电势波形、线反电势波形、定子铁耗和转子涡流损耗损耗曲线分别见图7至图11IM3.00Timelmsl图7电磁转矩-时间曲线Curva kitewq nanrue-. rWpl肩如宦” Uar. EiMM3刘瀚L22J22i图8相反电势波形56图9线反电势波形图10定子铁心损耗（红色） &转子涡

8、流损耗（蓝色）曲线3.4线反电势正弦畸变率分析电机在空载及2个负载点线电势FFT分解见下表表9工作点5性能指标仿真谐波次数幅值(V)8000rpm、空载幅值(V)8000rpm、17.91Nm幅值(V)8000rpm、21.95Nm1232.1031232.2229243.641450.2275071.0384610.01186872.8115812.8575980.363297111.0477310.8507961.444807130.331150.6036730.49485170.01790.4324670.383308190.1621920.4950780.160419230.13312

9、50.3624010.184248250.0258970.057680.16251291.6123240.7310393.222074311.5618090.8364983.369227350.0065170.0099330.117133正弦畸变率1.6263%1.5%2.05%XY p_2 23善呂紙 叭卜帕厘曲旳他 詢.卜他皿；r苦呂d8 1II0 jI J JnohwIIEkF*曽81一 ” - - - 一- - - 一 - - - 一莒 0D 1500 営呂 K.SFreq -kHz,XY p_2 23- - - - - - -os 1500 20.00 K.sFreq -英一jL函

10、13 8000pm /79Nm FFTVC-H1MTff a-9.f V.P.K t.r f -TrwjS1B1U 3- I-j岂DO3500750 m ruaiMBCHIlter =TA25M30dO35.00Frasq |kJ I4图 14 8000rpm、21.5Nm 线电势 FFT 分析3.4电机磁密分析电机在各工作点状态下磁密云图如下图所示I. E054E- 曲收旳001.鹑的EGG I 217E*Ki .il4誉阪5 SiSEC-Mi3-. USE-Ml . Ed37E-G|S S53ilE-ffliiM.期i莊-ii i.E215E-Hll I. ILAE-Ml1. EM 平一H

11、lSfMAd -dUM OiHdMfpmPMrton =2TT 5DQ0Ed帕图15空载工作磁密云图I.I. J3UE-MMK!I 3?fii5E*Ki .怨今町啟 1.12?9E31.W2U-MRi7.-LlE-GJfll e MWE-eei 50LZW-W12.wcE-miI.2j3i-1 2運汁翳-tanci丽讯 -8aaC0d4fpm PMrton =27T SDMEiWa图13额定工作点（15kW ）磁密云图b Ltmaji.I.E9B5E-*MI1.5?57E01応XSO l.$L31W .i31E 屈的H.QBa5E-aKi 3- H17E-W1 7.叭BE-GJIU 6 .55

12、E-fflii S.a2*-ffli2. K2EZE-H11I.LlE-Ml A. frUTir-SfiTTlmt 妙嗣宣SlNAd dNMOOOGMfpmAwglam =3TT 5DM0M闻5o 1av mmj图14极限工作点（18kW ）磁密云图求解得到定、转子各部分磁密见下表 6,定子冲片采用20WTG1500,电机在不同工作点各部分磁密幅值如下表所示，定子冲片接近饱和，已利用到极限。X PloM2-I Ims I表9电机各部分磁密定子轭磁密(T)定子齿磁密(T)转子轭磁密(T)空载工作点:1.60081.59941.3867额定工作点(17.91Nm,8000rpm)1.63491.7

13、9281.3768极限工作点(21.5Nm,8000rpm)1.80921.79241.42223.5退磁校核求解得到永磁体表面去磁磁势曲线，如图 19所示，取电机1.5倍最大工作点相电流 96A时去磁磁势最大值为 219.5139kA/m，小于永磁体XG28/20的内禀矫顽力。不会发生退磁。Gwv fr* *iuJSI3if7MU2*T.z vm2 翌 S1393.6齿槽转矩仿真该电机直槽齿槽转矩峰峰值为 17.4324mNm,可不斜槽。*w 1 1 T 1 1 1 L 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1ODO 2.5Q 5.WJ 7.50 1fl.K 15 KJTme |S图16齿槽转矩波形3.7电感仿真仿真电机在空载8000rpm,绕组自感和互感，如下图所示，图17绕组自感图18绕组互感d、q 轴电感 Ld二Lq=0.1186+0.0327=0.1513mH ,电气时间常数 t二L/R=0.1513/ 0.0209332=7.23ms附件： Ansoft 电磁计算单ADJUSTABLE-SPEED PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR DESIGN此处省略。