Maxwell永磁电机仿真计算精讲

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本课程主要内容为在Maxwell 2D/3D环境下，以一款内置式V字型永磁同步电机为例，讲解了从磁路法到有限元法的电磁设计仿真计算过程，主要从基础仿真、同步电机内部电磁关系、Maxwell 2D永磁电机仿真计算详解、永磁体温度特性仿真计算和永磁电机参数化仿真计算五个方面来展开的，覆盖了永磁同步电机的全仿真操作过程。

第十五集

同步电动机功率关系：P1为从电源输入的有功功率，pcu为三相电枢绕组所产生的铜耗，有功功率扣除掉绕组的铜耗，便是电机内部的电磁功率PM，电磁功率再扣除掉定转子铁芯的铁耗、机械摩擦损耗，及其他电机内部其他损耗（如永磁体涡流损耗等）便是转轴上输出的机械功率P2。

图1 同步电动机功率流图

同步电动机稳态运行性能：图2为一种典型的电机稳态工作状态下的相量图，将电压矢量U沿横轴和纵轴分解，可分解得到两个电压分量平衡方程，再将电流矢量I分解为Id和Iq，并代入有功功率的数学表达式，即可得到电磁功率的数学方程，如式(1)、(2)所示。

图2 相量图

式（1）

式（2）

式中，Xd为纵轴同步电抗，Xq为横轴同步电抗。

而电磁转矩的数学表达式如式(3)所示。

式（3）

对于永磁同步电机而言，第一项由永磁气隙磁场与定子电枢反应磁场的相互作用产生的基本电磁转矩，称为永磁转矩；第二项由于D、Q轴磁路不对称而产生的的转矩，称为磁阻转矩；

第十六集

从第十六集开始，进入到Maxwell永磁电机仿真操作中，前面第五集至第十五集的基本理论知识将有助于对仿真设置及仿真计算结果的理解。

第十六集主要介绍MotionSetup运动设置，其中重点是永磁转子的初始位置角，视频课程结合永磁电机的电流源激励，给出了初始位置角的计算公式（不具普适性）。简单说，为了建立A相电流初始相位角与内功率因数角之间的关系：期望两者相等，即当Gamma=0°时，内功率因数角也为0°，此时A相电流矢量与A相空载反电势矢量EA同相位。由于EA是A相磁链对时间的导数，那么A相磁链在初始时刻为负的最大值，故在初始时刻-A轴应与+D轴对齐。