forlink 发表于 2011-6-18 17:07:51

[原创]关于maxwell中直线和旋转运动设置的相关说明

本帖最后由 forlink 于 2011-7-25 12:44 编辑

forlink原创,转载请注明。

若对电机进行运动分析,则须采用瞬态场(transient)模块,并且assign band,和进行相应的运动设置(motion setup)。电机的运动形式主要分为直线运动和旋转运动,本帖针对广大新手包括很多老手搞不清楚的地方,进行了研究,并附上实际工程,供大家学习和参考。


一、对于直线运动,以广泛使用的直线电机为例,作具体阐述。
    直线电机band设置有个原则,即要确保动子在运动过程中,不要超过band的范围。另外,除了指定band,还需要用一个空气包贴着动子表面,将动子包住。显然,band尺寸要比空气包尺寸大。最后,不要忘记再用一个大大的空气包,将所有模型包住,以使得求解域连通。

    直线电机指定band后,还需要设置initial position和运动界限(即指定negative和positive数值)。initial position是指动子的初始位置,是以画图的位置作为0参考位置。initial position为0,则意味着动子初始位置如画图的位置,保持不动。若设置初始位置为正值,则意味着动子的初始位置为,沿画图的位置向坐标轴正方向移动该数值后的位置。negative和positive也是以图中的位置作为0参考位置,动子沿坐标轴负向和正向移动的位移。


二、对于旋转运动,以广泛使用的同步电动机为例,作具体阐述。
    对所建模型中转子所在的位置,逆时针旋转某一角度,使得电机A相绕组通正向电流产生的磁场方向与转子磁场方向反向。而该角度,就是转子初始位置角(initial position)。之所以是反向而不是重合,是因为ansoft默认电机采用电动机惯例,也就是电流和反电动势反向。所谓A相绕组通正向电流,即A相带电流方向为流出(positive),X相带电流方向为流入(negative)。至于A相绕组通正向电流产生的磁场方向,可使用右手螺旋定则判定。此时指定的转子初始位置角,使得A相初始时刻交链的磁通为负的最大值,因此A相初始时刻感应电势大小为0,进一步分析还可以得出,A相初始时刻感应电势相位也为0。因此A相感应电动势表达式为EA=Em*sin(ωt),其他两相可依据三相对称关系写出。

    转子初始位置角确定以后,激励源初始相位角要与其匹配才行。根据电机学基本原理,对发电机,空载感应电动势超前于电压一个角度,该角度就为功角(δ)。对于电动机,则为滞后关系。因此,若所仿真模型为电动机(发电机),施加激励源为电压源时,那么A相电压源表达式应为UA= Um*sin(ωt+δ)(对发电机:UA= Um*sin(ωt-δ)),其他两相可依据三相对称关系写出。

三、有关说明:

1、对于旋转运动,本帖所述方法具有很广的适用范围,可适用于所有类别的同步电机,诸如汽轮发电机,水轮发电机,永磁同步电机,爪极电机,感应子电机,等等。

2、也可以不按照本帖中默认的转子位置角及激励源初始相位角进行设置,但无论怎样,二者一定要相匹配,即转子在空间上转动多少电角度,那么电压或电流在时间上也应转动相应的电角度。

3、如果转子初始位置角和激励源初始相位角不匹配,那么仿真所得到的电流,转矩,功率曲线都是错误的,而反电势和电压是不受影响的,其中道理不难理解。

4、本贴是基于sin函数施加激励,也可以采用cos函数,但转子位置角需要在本帖所述方法基础上,移动90度电角度。

5、不建议采用电流源,因为对于二维模型,若施加电流源且导线形式设置为多股(stranded),则无法计及电机绕组和端部电感。若导线形式设置为单股(solid),虽然可计及电阻,但与电机多股导线实际情况不符。

6、附件为基于Ansoft 14版本,电励磁同步电动机和发电机rmxprt及maxwell模型。在转子初始位置角及电压源初始相位角匹配的前提下,分别设置了两组不同转子初始位置角及相应的电压源初始相位角,仿真结果表明,本贴研究结论正确。

   欢迎大家跟帖发表见解。

singsing 发表于 2012-4-20 08:48:44

楼主辛苦了。
我设置的是一个二维沿直线运动的模型,动作设置为V=0.471*cos(157*time),为一正弦运动,初始位置为0,正向和负向位移分别为3mm和-3mm。
但是有一个问题出现了,就是绘制出的位置曲线为标准的正弦波,但是运动图形里运动模块只在0~3mm内运动。请高手指点一下,是哪里设置的问题吗?

hujinyao1988 发表于 2011-6-18 17:38:20

本帖最后由 hujinyao1988 于 2011-6-18 17:40 编辑

写得挺好,支持原创,但“不建议采用电流源,因为对于二维模型,若施加电流源且导线形式设置为多股(stranded),则无法计及电机绕组和端部电感。若导线形式设置为单股(solid),虽然可计及电阻,但与电机多股导线实际情况不符。”不太明白,多股的时候怎么就不能考虑电机电阻和端部电感了呢?用外电路不可以考虑吗?,希望娄哥给以解释!

forlink 发表于 2011-6-18 17:43:29

2# hujinyao1988
嗯,外电路是可以计及电阻和电感的,但是电流源不行。

perch88 发表于 2011-6-20 14:13:47

“不建议采用电流源,因为对于二维模型,若施加电流源且导线形式设置为多股(stranded),则无法计及电机绕组和端部电感。若导线形式设置为单股(solid),虽然可计及电阻,但与电机多股导线实际情况不符”
——我也是不太理解这个,采用电流源很有帮助,因为可以由此算T-N曲线。我知道实际上是加电压源,然后加控制一大堆东西,但是很多情况下,尤其在设计电机的时候,是要抛开这些,只考虑电机本体的,这时候加上电压源、电阻、电感这些东西就有点乱了。

forlink 发表于 2011-6-20 22:40:40

4# perch88 感谢师姐指点。
加电压源和电流源算出来的不太一样。即使按照加电压源时产生的电流,来加电流源还是有差别。想必师姐清楚这个情况,我想原因就是电流源考虑的因素不够全面造成的,不知道师姐有何高见?

caoer 发表于 2011-6-21 01:42:23

forlink的文章都是原创的,又非常有参考价值。
建议forlink把这篇文章稍微整合一下,可以投稿给期刊。
让更多的朋友能学习到你的文章,同时可以获得更多的积分。

TBE_Legend 发表于 2011-6-21 12:25:58

forlink的文章都是原创的,又非常有参考价值。
建议forlink把这篇文章稍微整合一下,可以投稿给期刊。
让更多的朋友能学习到你的文章,同时可以获得更多的积分。
caoer 发表于 2011-6-21 01:42 http://forum.simwe.com/images/common/back.gif
这是个好主意~!

Simol_wayne 发表于 2011-6-22 14:36:48

1# forlink
这篇文章很实用,例子很好,建议娄博也转载到这里来

http://bbs.simol.cn/forum-206-1.html

让更多的人把这个问题搞清楚弄明白:)

Actuator77 发表于 2011-6-22 21:34:17

问一个问题,如果激励加的是电压源,那么能考虑绕组电阻么?
即使加的是电压源,如果是2D分析,仍然不能考虑端部漏感。

forlink 发表于 2011-6-22 21:36:41

9# Actuator77
当然可以考虑,把电阻和端部电感,输入进去就行了。

Actuator77 发表于 2011-6-22 21:40:11

个人认为,添加激励这个问题就是要和同步电机相量图对应起来,满足矢量相加的关系。
那么,从考虑的全面性来说,加外电路,然后在外电路中画电压源。不清楚这样能不能实现,希望lz批评指正

forlink 发表于 2011-6-22 21:48:22

11# Actuator77
外电路用电压源,那还麻烦了,就用自带电压源,准确性完全一样

Actuator77 发表于 2011-6-22 21:48:36

10# forlink
囧,把这个设置忘记了。。多谢lz~

zhengzhou60 发表于 2011-8-3 10:57:00

回复 1# forlink

    楼主辛苦了,还没看懂,请问你的例子中 那个motor的例子中 在motion setup设置initial position 为67.5度,转速设置为1000转,电压源设置PhaseA 为
326.599 * sin(2*pi*50*time+35.4924*pi/180),请问这个67.5度和35.4924*pi/180是怎么算的,怎么看的啊,是不是为了让a相轴线和永磁体d轴夹角不变,但是那数值是怎么算的啊,可否解释详细些啊,还有电压幅值怎么是326.599还带小数点啊,这个电压幅值可以是随意加的吧,
还有一个是在motion setup设置initial position 为 67.5+10度,电压源设置为326.599 * sin(2*pi*50*time+35.4924*pi/180+10*3*pi/180), 67.5+10   和 10*3*pi/180是怎么算的,怎么看的啊,
   还有就是在瞬态场中求出的力或电磁转矩与在静态场中求出的力或电磁转矩随位置的曲线有什么区别啊,他们之间是什么关系,与磁路求解的力相比又是什么关系啊,
这个让电机以稳定速度在瞬态场中求解力或电磁转矩的问题让我迷惑好久了,非常感谢。

forlink 发表于 2011-8-3 14:41:49

回复 14# zhengzhou60

67.5度,是为了使得a相轴线和d轴反向。35.4924是电机功角,35.4924*pi/180是将角度转换为弧度。
67.5+10度,是说明角度在67.5度基础上又旋转10度,所以电压源就得在35.4924*pi/180基础上再超前10*3*pi/180度,3是极对数。

ltyls 发表于 2011-8-3 23:05:58

回复 15# forlink

请问楼主:
发电机的例子,初始位置设置成:90+10之后,三相电流分别为
A:326.599 * sin(2*pi*50*time-31.983*pi/180+10*2*pi/180)
B:326.599 * sin(2*pi*50*time-31.983*pi/180+10*2*pi/180-2*pi/3)
C:326.599 * sin(2*pi*50*time-31.983*pi/180+10*2*pi/180-4*pi/3)
我不明白的是:10*2*pi/180,为什么是2*,而不是您在15楼所说的3*
小弟先谢谢您。

forlink 发表于 2011-8-4 10:59:25

回复 16# ltyls


    你好,是由于发电机模型是2对极,而电动机模型是3对极。因此一个是2,一个是3

ltyls 发表于 2011-8-4 11:14:08

回复 17# forlink

好的   小弟明白了谢谢您的热心帮忙!:victory:

zhengzhou60 发表于 2011-8-4 13:53:30

发电机的那个例子中 对称周期中 set symmetry multiple中写的是fractions ,不是4为什么,

主从边界中有个master 和slave,slave中设置reverse direction 是为什么,主从边界怎么设置。

在《ansoft12在工程电磁场的应用》中,书中有个无刷空载的例子,和版主模型一样,主从边界没选reverse direction ,搞不懂
版主辛苦了,万分感谢!

zhengzhou60 发表于 2011-8-6 18:52:00

回复 15# forlink


    67.5度,是为了使得a相轴线和d轴反向。35.4924是电机功角,
请问35.4924是电机功角是怎么算的,可否详细些,功角就不能随便写个0-90度的范围吗。

让 a相轴线和d轴反向,而该角度,就是转子初始位置角(initial position)。
为什么初始位置设置在 a相轴线和d轴反向,而不在其他位置,

发电机的那个例子中 对称周期中 set symmetry multiple中写的是fractions ,不是4为什么,
主从边界中有个master 和slave,slave中设置reverse direction 是为什么,主从边界怎么设置。

谢谢!辛苦了。
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