基于AnsoftMaxwell2D的PMSR电机的起动特性的瞬态仿真-五星文库
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基于AnsoftMaxwell2D的PMSR电机的起动特性的瞬态仿真
导读：基于AnsoftMaxwell2D的PMSR电机的起动特性的瞬态仿真，摘要利用AnsoftMaxwell2D软件建立永磁开关磁阻电机（Permanen，获得PMSR电机的起动特性曲线，这对控制PMSR电机有很大的帮助，关键词：永磁开关磁阻电机，在SR电机中用永磁材料预，SR电机的最大特点在于其高可靠性，具有十分使永磁体产生的磁场和绕组电流产生的磁场相互作简单的电机结构，2PMSR电机分析的功率
电气节能与新能源
基于Ansoft Maxwell 2D的PMSR 电机的起动特性的瞬态仿真
裴春兴 李洪珠 杨玉岗 韩占岭
（辽宁工程技术大学电气与控制学院，辽宁 葫芦岛 125105）
摘要 利用Ansoft Maxwell 2D软件建立永磁开关磁阻电机（Permanent Magnetism Switched Reluctance Motor）模块并对其进行起动的瞬态仿真，获得PMSR电机的起动特性曲线，这对控制PMSR电机有很大的帮助。
关键词：永磁开关磁阻电机；Ansoft Maxwell 2D；瞬态仿真
Simulation and Analysis of Permanent Magnetism Switchedreluctance
Motor Based on Ansoft Maxwell 2D
Pei Chunxing Li Hongzhu Yang Yugang Han Zhanling
(Faculty of Electrical and Control Engineering of Liaoning Technical University, Huludao 125105)
Abstract This paper presents a modling of permanent magnetism switched reluctance motor by using ansoft Maxwell 2D,The staring process of PMSR are analyzed based on this model.we can achieve the PMSR characteristic profile gauge from these.The result of simulation can be of
benefits for the controlling PMSR.
Key word：Permanent Magnetism Switched Reluctance Motor；Ansoft Maxwell 2D；transient simulation
问提出一种新的结构，在SR电机中用永磁材料预
先建立一个磁场，通过控制定子绕组电流的方向，
SR电机的最大特点在于其高可靠性，具有十分使永磁体产生的磁场和绕组电流产生的磁场相互作简单的电机结构，单位体积规律和异步电动机相当用，就能实现在电感下降区产生正向转矩的设想。 或略高一些，在比较宽的调速范围内都具有相当高
2 PMSR电机分析 的功率。但是，从能量转换的观点看，SR电机仅获
得“一半的利用率”。电磁转矩的方向和电流无关，在PMSR电机中，磁场由永久磁钢磁场和定子有绕组电感随转角的变化率决定。在电感上升区，绕组磁场两部分组成。为便于分析，假设定子铁心通以电流时产生正的驱动转矩；而在电感下降区，相对磁导率ur=∞，磁路为线性。当考虑永磁铁磁通以电流时产生制动转矩。因此，在定子绕组的一场时，对每一相绕组，极对极时，磁链值最大；极个开关周期中，最多只有半个周期得以利用。SR电对槽时，磁链值最小。当给一相绕组通电时，因为
磁钢的磁阻很大，可视为空气隙，因此磁场分布与机实际运行时，为避免在电感下降区产生制动转矩，
绕组电流的关断角不得不较多地提前于最大电感位SR电机完全不同，在极对极和极对槽位置时都具有置，半个周期都未得到利用，由此产生了换流问题较小的电感值。最大电感值基本上出现在定、转子和相对材料利用率底问题。可以预见，如果能利用极一半的位置，同时电感值较SR电机小的多，这定子绕组整个开关周期，在电感下降区也能产生正为定子绕组的换流带来很大的好处。 向转矩，SR电机的单位体积功率必将大大提高。本在PMSR电机中，电磁转矩依然可表示为磁共
2007年第8期
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能对转子位移角θ的偏导数
?W|'(i,θ)Te=
表1 模型参数列表
单位（mm）
定子铁 心外DS
定子 极弧βs 相数
转子 外径Da转子 极弧βr定子极数
定子 轭高hcs 转子 内径Dri 转子极数
h定子槽 深ds 永久磁钢
转子 槽深dr冲片材料
W'=∫ψ(i,θ)di
但是，式（2）中的磁链ψ永久磁钢和励磁绕组产生的磁链之和，励磁绕组磁链由自感磁链和互感磁链组成。以一相绕组通电，不考虑互感磁链为例，则
ψ=ψm+ψL
式（3）中，ψm为永久磁钢产生的磁链；ψL为一相绕组通电产生的磁链。
由此可见PMSR电机电磁转矩的表达式为 ?ψm12?L
（4）Te=i ?θ2?θ而普通的SR电机的电磁转矩为
（5） T(θ,i)=
2dθ式（5）中L为任意转子位移角下的相电感。 注意PMSR电磁转矩比普通SR的多了一相
10.5 DR510
4 PMSR电机的静磁场分析
PMSR电机的静磁场分析如图2～图5。
图2 永磁体单独作用的磁场分布
Tm，永久磁钢磁场与励磁绕组电流相互作用下产生的电磁转矩，于是可以得出PMSR电机的一些特点： （1）永磁体的存在大大减小了绕组电感及电感
变化率，降低了磁阻转矩TL。
（2）磁场反应转矩Tm是主要电磁转矩，与电流方向无关。为产生正向转矩，在磁链的上升区通以正向电流，在磁链的下降区通以负向电流。
上述分析表明，PMSR电机实现了在一个开关周期都能通电的目的，从原理上克服了相对材料利用率低的缺点，由于不对齐位置绕组电感很小，又解决了定子绕组换流问题。
图3 A相通正相电流C相通负相电流
3 Ansoft建立PMSR电机模型（见图1）
图4 转子30°时通A相正C相负
图1 电机模型
PMSR电机为6/4电机，其中上下两个矩形物体为永磁体NDFE35，绕组为铜。
图5 转子30°A负C正
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5 Ansoft中外加激励源
由PMSR电机的基本原理可知，对6/4PMSR电机，定子极弧略大于定子极弧，每相绕组的一个通电周期为90°（机械角度），定转子极重叠区约为
然后利用pwlx函数如下：
A_pules=pwlx(P, periodic,A_dataset)，B、C相
与此类似，只是触发波形不同。
本文的仿真结果见图8～图11。
60°，即通电区约为60°，可采用两相同时通电的方案。控制策略上，同样是高速时才用角度位置控制，低速时采用电流斩波控制或电压斩波控制。
Ansoft仿真时可以采用外电路式的激励源，外电路如图6、图7。
图8 起动速度图
图6 主要激励电路图
图9 位置图
图7 触发电路
其中的触发角为P（Ansoft内部默认位置变量）的函数。
本论文采用内设激励函数的方法，这也是
一大特点，将激励源设成位置的周期函数，以A相为例：
A_dataset函数如下：
图10 起动转矩图
图11 负载转矩图
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理论和实践证明，SR电机比直流有刷电机和变频调速异步电机具有更高的效率，而且这种高效率体现在宽广的调速范围内。PMSR电机由于采用高
磁能积稀土永磁材料，绕组匝数可以成倍减少，绕组电阻大大下降，铜耗也成倍减少，提高了电机的
效率。比较PMSR和SR两种电机可知，PMSR电机铁心中的磁通脉动也较SR电机的弱，这有利于铁耗的降低。
（上接第31页）
[1] 吴建华等. 开关磁阻电机设计与应用.2001. [2] 周会军,丁文,鱼振民.基于Ansoft Maxwell 2D的开关
磁阻电机仿真研究.微电机,2005.
裴春兴（1982-），男，河北唐山人，硕士研究生，研究方向：风力发电技术。
杨玉岗(1967-)，男，内蒙古五原人，教授，博士，研究方向：电力电子技术及其平面磁集成技术。
个提升周期内，起动时段和爬行时段的时间大大缩短了，整个提升周期可以缩短至65s左右，减少了提升系统的功耗，进一步提升了系统的效率。实际运行情况显示，采用高压变频器取代串电阻调速系统后，提升系统可达到节约电能25％以上。
上。高压变频器实现了无串联电阻情况下的电机调速，调速方式更灵活，实际运行结果验证了采用高压变频器具有显著的节电效果。该技术值得大力推广和应用。
[1] 李永东, 高跃. 多电平变换器PWM控制技术发展现
状. 电力电子, -32.
[2] 张皓, 续明进. 多电平高压变频中的波形调制方法.
电力电子技术, 40(1):12-14.
[3] 薄保中,刘卫国,罗兵,苏彦民. 多电平逆变器PWM
控制方法的研究. 电气传动, ):41-45. [4] 周京华,杨振,苏彦民. 多电平逆变器多载波PWM调
图3 改进后提升运行速度曲线
制策略的研究. 电气传动, ):23-27. [5] 李永东. 高性能大容量交流电机调速技术的现状及
展望. 电工技术学报, ):1-10.
对传统串电阻调速的交流提升系统的数学计算显示了该调速方式下有大量电能损耗在串联电阻
菲尼克斯电气中国研发公司正式成立
日前，菲尼克斯电气从南京市工商局领取了菲尼克斯电气（南京）研发工程中心有限公司的营业执照，这是德国菲尼克斯电气集团在中国继南京菲尼克斯电气有限公司、菲尼克斯亚太电气（南京）有限公司、菲尼克斯电气（上海）有限公司之后，又投资设立的一家新公司。研发中心的注册成立，标志着菲尼克斯中国公司成为菲尼克斯亚太地区核心竞争力中心又向前迈进了坚实的一步。
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在中国设立研发中心的重要性和必要性。随着德国菲尼克斯电气集团全球战略计划的实施，这种重要性和必要性日益迫切。在中国设立研发中心，加强了中国作为亚太区总部的核心竞争力，该竞争力中心不仅能够充分利用当地的制造资源、销售渠道，而且还能利用人力资源和研发资源研发出适应中国市场、亚太地区市场以及全球市场需求的产品，并对他们提供技术服务和技术支持。这不仅能提高菲尼克斯在中国的行业领导地位，而且将提高中国公司在德国菲尼克斯集团内的地位。
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湖南千豪机电带您了解使用时的注意事项及保养常识
起重电磁铁使用注意事项：
&&1、使用前应测量冷态绝缘电阻，在室温下其值不小于0.5M&O。
　2、磁铁未平稳地放在被吸物面之前请不要通电工作，严禁将电磁铁做游锤使用。
　3、电磁铁不宜吊运切料头及废钢，因电磁铁吸力特别大，且电磁铁自重较重，切料头或废钢易冲坏电磁铁底部辐射板。
　4、电磁铁应尽可能对称负荷的重心放置。
&&5、两台联用时其间距为物料长度的一半。
　6、要求用高温电磁铁吊运高温物料，用常温电磁铁吊运常温物料，严禁用常温电磁铁吊运高温物料。
　7、严禁将电磁铁停留在高温物体上等待。高温电磁铁在被吸物温度降到600℃以下方可将电磁铁靠近工作，超高温电磁铁在被吸物温度降到700℃以下方可将电磁铁靠近工作。
&&8、低通电率电磁铁不能作高通电率产品使用，必须根据具体情况选用相应通电率的电磁铁。
　9、对于超高温电磁铁在使用过程中若出现吸力明显下降或磁极过热时，应让电磁铁休息一段时间，或将电磁铁磁极浸泡在深度为300mm的水坑中冷却。
　10、电磁铁随着起重机的升降，要避免砸断和拉断电缆。
　11、在运行中要定期观察电磁铁控制屏上电压、电流指示值。电磁铁的励磁电流应处于冷态电流和热态电流之间。电压允许误差不超过&10%。
维修保养常识：
&&1、不使用时，不得使电磁铁在高温区停留、徘徊、存放。
&&2、电磁铁应保持干燥，使用完毕后，应放在干燥、通风、无有害物质处。
&&3、首先必须常检查电磁铁下面的非磁性护板的焊缝及各部焊缝是否牢靠。
&&4、要定期检查电磁铁的绝缘电阻和线圈直流电阻，如发现问题必须及时修理。&
　5、线盒及电缆也是要定期检查的，如有问题也必须及时修补或者更换。&
　6、经常检查起重电磁铁的电控设备是否是工作正常，如发现异常，及时找出找出原因，并妥善处理。&
　7、经常检查电磁铁热态工作电流，超过时应即刻停止使用，找出原因妥善处理。&
　8、为保证能快速的卸料，要定期检查续流限压及反磁环节工作是否正常，避免高中压冲击线圈。
　9、经常检查链条、销轴的磨损情况。
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高保真系统仿真模型
RM xprt能自动创建考虑电机物理尺寸、绕组特性和非线性材料特性的高保证非线性等效电路模型。用户可利用RMxprt自动生成的等效电路模型，在ANSYS Simplorer机电系统设计平台上，分析电机的各种控制算法和电路拓扑结构、负载效应、瞬态电气特性等，以及电机与传动系统和其他多物理域元件的相互影响等。
与业界领先的ANSYS仿真工具耦合，集成高性能计算，快速实现鲁棒性设计
多物理场耦合
Maxwell已集成到ANSYS先进的仿真平台Workbench中。Workbench独特的项目图形化界面把整个仿真过程紧密结合在一起，引导用户通过简单的鼠标拖-放操作来完成复杂的多物理场耦合分析。
Maxwell仿真变压器终端的静电场分布
鲁棒性设计
ANSYS Optimetrics将参数化、优化算法、灵敏度分析和统计分析嵌入到Maxwell仿真中，用户可以通过将模型的几何尺寸、材料常数等参数设成变量，通过在Optimetrics中进行参数化扫描分析，研究几何形状与材料变化对产品性能的影响，从而优选最佳设计方案。与ANSYS DesignXplorer耦合时，Optimetrics可提供试验设计、表面反应技术、六西格玛和多物理域系统级优化等功能。
Maxwell与ANSYS Fluent耦合分析感应电机的热性能
高性能计算
Maxwell充分利用当今的高性能计算机，结合MP（多处理器）和DSO（分布计算选项），快速求解大规模设计问题。MP并行计算功能用于同一台计算机，内存共享的多核或者多处理器并行计算。DSO将参数化分析方案分布到多台计算机上同时计算，从而缩短总体仿真时间。
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