maxwell软件--常用设置

7 常用设置
在RMxprt Maxwell V12中，有些设置对所有电机都是适用的，本章将介绍这些常用设置。

7.1槽型
电机中使用的槽型可分为开口槽和闭口槽。

嵌入式电枢绕组槽型通常为开口槽；阻尼绕组和鼠笼绕组槽型可以采用开口槽，也可以采用闭口槽。

槽型可以通过定子（或者转子，阻尼）属性窗口中的槽型属性来指定。

7.1.1 电枢绕组槽型
设置电枢绕组槽型的步骤如下：
1)点击按钮Slot Type，显示Select Slot Type对话框，如图7.1所示。

图7.1选择电枢绕组槽型
2)选择六种槽型中的一种：
a)Type 1到Type 4：用于圆导线电枢绕组。

b)Type 5到Type 6：用于扁导线电枢绕组。

只对诸如三相感应电动机，三相同步电
动机和直流电机这些大功率电动机可用。

3)点击OK确认，或者点击Cancel关闭Select Slot Type对话框。

注意：当鼠标置于某个槽型选项上时，该槽型的轮廓图将自动出现，并显示该槽型的尺寸变量，如图7.2所示。

a. Type 1
b. Type 2
c. Type 3
d. Type 4
e. Type 5
f. Type 6
图7.2开口槽槽型
在如图7.3所示的Slot属性窗口中，槽的所有参数都可以定义。

图7.3 定子槽尺寸
1.Auto Design：如果选中，RMxprt将自动设计除槽口尺寸之外的其他所有尺寸，例如Hs2，
Bs1和Bs2。

2.Parallel Tooth：平行齿选项，如果选中，将根据齿宽自动设计Bs1和Bs2两个变量。

3.Tooth Width：平行齿的齿宽，Bs1和Bs2将根据齿宽设计。

只有当Parallel Tooth处于
选中状态，该选项才可用。

4.Hs0：总是可用。

5.Hs1：当选择槽型1时不可用。

6.Hs2：当Auto Design未选中时可用。

当Auto Design选中时，自动定义。

7.Bs0：当选用槽型6时不可用。

8.Bs1：当Auto Design和Parallel Tooth均未选中时可用。

当Auto Design被选中时，槽
的尺寸自动定义。

当Parallel Tooth选中时，槽的尺寸根据Tooth Width中的输入值定义。

9.Bs2：当Auto Design和Parallel Tooth均未选中时可用。

当Auto Design被选中时，槽
的尺寸自动定义。

当Parallel Tooth选中时，槽的尺寸根据Tooth Width中的输入值定义。

10.Rs：当选用槽型3或者4时可用。

7.1.2 阻尼绕组槽型
阻尼绕组槽型的设计方法如下：
1)点击Slot Type按钮，显示Select Slot Type对话框，如图7.4所示。

图7.4 阻尼绕组的槽型选择
2)选择一个槽型（槽型1到4可用）。

3)点击OK确认，或者点击Cancel关闭Select Slot Type对话框。

注意：当鼠标置于某个槽型选项上时，该槽型的轮廓图将自动出现，并显示该槽型的尺寸变量，如图7.5所示。

a. Type 1
b. Type 2
c. Type 3
d. Type 4
图7.5 开口或闭口槽型
在如图7.6所示的Slot属性窗口中，槽的所有参数都可以定义。

图7.6 定子槽尺寸
1.Hs0：总是可用。

2.Hs01：总是可用。

当输入值为0表示为开口槽，输入正数则表示闭口槽。

3.Hs1：当选择槽型1时不可用。

4.Hs2：总是可用。

5.Bs0：总是可用。

6.Bs1：总是可用。

7.Bs2：总是可用。

8.Rs：当选用槽型3或者4时可用。

7.2永磁电机磁极类型
本节将介绍用于永磁无刷直流电动机（BLDCs），调速永磁同步电动机（ASSMs）和永磁直流电动机（PMDCs）的永磁磁极类型。

在BLDCs和ASSMs中，永磁体可以贴在转子铁心表面，也可以嵌入转子铁心内部。

而在PMDCs中，它们则表贴在定子铁心外表面。

内转子有五种磁极类型，外转子则只有一种。

7.2.1 内转子磁极类型
对BLDC或者ASSM电机，如果选择内转子结构，可以通过以下步骤设定磁极类型：
1)点击Pole Type按钮，显示Select Pole Type对话框，如图7.7所示。

图7.7 选择一个内转子磁极类型
2)选择一个磁极类型（1到5均为可用）。

3)点击OK确认，或者点击Cancel关闭Select Pole Type对话框。

注意：当鼠标置于某个磁极选项上时，该磁极的轮廓图将自动出现，如图7.8所示。

a. Type 1
b. Type 2
c. Type 3
d. Type 4
e. Type 5
图7.8 内转子磁极类型
7.2.2 内转子磁极数据
在BLDC或者ASSM中，双击Machine>Rotor>Pole属性，显示Properties对话框。

在Pole 列表中，可以定义磁极数据，如图7.9所示。

点击OK关闭弹出的对话框。

图7.9 永磁磁极数据
1. Embrace ：极弧系数，永磁体在转子表面的弧长对应的转子圆心角与一个转子极所对应
转子圆心角的比值，如图7.10所示，其取值在0~1之间。

选择磁极类型4时该选项不可用。

对于类型5，极弧系数的定义如图7.11所示。

Rotor Iron Core
N
S
S
N
a. Pole embrace = 1
b. 0 < Pole embrace < 1
图7.10 内转子磁极类型1，2和3的极弧系数
The include angle for embrace
图7.11 内转子磁极类型5的极弧系数
2. Shaft Diameter ：转轴直径。

对于类型4可用。

3. Offset ：极弧偏心距，从转子中心到磁极极弧中心的距离，如图7.12所示。

对于类型1~3，
该选项可用。

输入Stator inner radius
Magnet
surface radius
Offset
图7.12 内转子磁极类型1，2和3的极弧偏心距
4. Bridge ：隔磁桥厚度（参考图7.8e ）。

类型5，该选项可用。

5.Rib：支撑隔磁桥的rib的宽度（参考图7.8e）。

类型5，该选项可用。

6.Magnet Type：磁钢材料，为转子永磁材料选择一种磁钢类型（参考
7.3）。

7.Magnet Width：磁钢宽度，每极磁钢的最大宽度。

对类型4和5，该选项可用。

8.Magnet Thickness：磁钢厚度，对于偏心磁极类型1、2、3，表示径向最大厚度。

注意：Pole列表中的部分单元的修改或激活，取决于Pole Type的设置。

7.2.3 外转子磁极类型
当设计PMDC或者采用外转子的BLDC、ASSM时，只有一种磁极类型可供选择。

如图7.13所示。

图7.13 选择外转子磁极类型
7.2.4外转子磁极参数
在BLDC或者ASSM的项目树中，双击Machine>Rotor>Pole属性；对PMDC，双击Machine>Stator>Pole属性，显示Properties对话框。

在Pole列表中，参数设置方法与内转子相同（参考图7.9）。

极弧系数和极弧偏心距分别如图7.14和7.15所示。

a. Pole embrace = 1
b. 0 < Pole embrace < 1
图7.14 外转子磁极类型1的极弧系数
Rotor outer radius
Magnet surface radius
Offset
图7.15 外转子磁极类型1的极弧偏心距
7.3 材料属性
所有电机都可以通过Properties 窗口中的Steel Type ，Magnet Type 或者Conductor Type 属性的Value 按钮设置材料属性。

设置材料属性的步骤如下：
1) 点击Steel Type （或者Magnet Type ，Conductor Type ）按钮，显示Select Definition
对话框，如图7.16所示。

图7.16 材料编辑库
2) 在Material Filters 列表中，选择需要的材料类型，其他不选中，如图7.17所示。

图7.17材料筛选
3)在Material列表中，从Libraries选择RMxprt。

注意：如果RMxprt没有在Libraries库中显示，需要用户自己使用菜单命令配置：Tools>Configure Libraries(参考3.4.1)。

4)从展开的列表中选择一种材料。

5)点击OK确认，或者Cancel关闭Select Definition对话框。

7.4导线
所有电机都可以通过Winding属性窗口中的Wire Size的Value项设置导线。

7.4.1 圆导线
当所需导线为圆导线时，可以通过以下步骤设计：
1)点击Wire Size按钮，显示圆导线的Wire Size对话框，如图7.18所示。

图7.18 圆导线的导线型号
2)从Wire Diameter的下拉菜单中选择一个值。

或者
3)从Gauge的下拉菜单中选择一个导线规格。

除此之外，用户还可以选择以下可选项：USER 用户输入导线直径，这对设计标准线规以外的导线很有用。

AUTO 这个选项需要设置Wire Diameter为零，RMxprt会自动计算最优值。

MIXED 这个选项允许用户定义由不同线规的电磁线并绕而成的混合导线。

<number> 用户可以选择线规号。

当选定线规号之后，Wire Diameter区域自动更新。

这个线规号是根据美国AWG设置的。

用户还可以使用菜单命令：Machine>Wire，自己创建线规库；然后激活这个线规库，使用命令：Tools>Options>Machine Options
4)用户可以直接在列表中选择一个导线型号。

当选定了导线型号后，Wire Diameter
和Gauge会根据所选线规自动更新。

5)点击OK确认，或者Cancel关闭Wire Size对话框。

编辑导线规格库时，导线的单位也要定义（参考图3.13），且在这里不能修改。

如果在Gauge 栏选择了MIXED，Wire Type将被激活，用户可以选择由不同线径电磁线并绕而成的混合导线。

定义混合导线：
1.在Wire Size的对话框窗口，从Gauge栏下拉菜单中选择MIXED。

2.在Wire Type选择Round（圆导线）或者Rectangular（扁导线）。

3.点击Add按钮，添加新的导线型号。

4.在展开的列表中输入导线数据。

1)对于圆导线，如图7.19a所示，
a.在Diameter中输入直径。

b.在Number中输入导线根数。

2)对于扁导线，如图7.19b所示，
a.在Width栏输入导线宽度
b.在Thickness栏输入导线厚度
c.在Fillet栏输入倒角
d.在Number栏输入导线根数。

5.对于每种想要添加的导线类型，都要重复步骤3和步骤4。

a. 混合圆导线
b. 混合扁导线
图7.19 不同线规的混合导线
如果一个混合导线中有5条圆导线，其中3条直径是0.21mm，另外两条直径是0.13mm，那么该混合导线将有两行数据。

第一行是Diameter：0.21和Number：3。

第二行将是Diameter：0.13和Number：2。

其Wire Size的返回值为等效直径0.182mm；在Winding属性窗口中的Number of Strands返回值为5，且不可编辑。

警告：如果在需要圆导线的槽型使用了混合扁导线，用户需保证槽里面具有足够的空间。

7.4.2 扁导线
当所需导线为扁导线时，可以通过以下步骤设计：
1)点击Wire Size按钮，显示扁导线的Wire Size对话框，如图7.20所示。

图7.20 扁导线型号
2)在Wire Width和Wire Thickness栏的下拉列表中选择一个数值输入。

或者：
3)用户可以直接在列表中选择一个导线截面积。

当选定了导线截面积后，Wire Width
和Wire Thickness会自动更新。

4)点击OK确认，或者点击Cancel关闭Wire Size对话框。

7.5 绕组类型
所有电机都可以通过Winding属性窗口中的Winding Type的Value项设置绕组类型。

7.5.1 设置交流绕组
交流绕组包括两种基本类型：单层绕组和双层绕组。

所以，在设置交流绕组类型之前，用户需先定义绕组层数。

通过以下步骤，设置交流绕组类型：
1)点击Winding Type按钮，显示WINDING Type对话框，如图7.21所示：
图7.21 选择交流绕组类型
2)从以下三种绕组类型中选择一种：
a. Editor 绕组编辑器
b. Whole Coiled 全极式绕组
c. Half Coiled半极式绕组
3)点击OK确认，或者点击Cancel关闭WINDING Type对话框。

注意：当鼠标置于某个绕组选项上时，该绕组类型的示意图将自动出现，如图7.22所示。

表7.1描述了六种可能的绕组类型（其中三种为单层绕组，三种为双层绕组）：
a. 用户自定义单层绕组
b. 单层全极式
c. 单层半极式
d. 用户自定义双层绕组
e. 双层全极式
f. 双层半极式
图7.22 交流绕组类型
表7.1 绕组类型
层数类型说明
1 绕组编辑器
用户自定义的单层绕组。

需要由Winding Editor设定每个线圈的排
列方式。

全极式绕组全极式单层绕组
半极式绕组半极式单层绕组
2 绕组编辑器
用户自定义的双层绕组。

需要由Winding Editor设定每个线圈的排
列方式。

全极式绕组双层全极式绕组。

相带为180/m，m为相数。

半极式绕组双层半极式绕组。

每极每相只有一个线圈。

7.5.2 直流绕组
直流绕组总是双层的，可以通过以下步骤设置直流绕组类型：
1)点击Winding Type按钮，显示WINDING Type对话框，如图7.23所示：
图7.23 选择直流绕组类型
2)从以下三种绕组类型中选择一种：
a. Lap：叠绕组：参考6.5.1小节中的图6.32
b. Wave：波绕组：参考6.5.2小节中的图6.33
c. Frog Leg：蛙绕组：参考6.5.3小节中的图6.34
3)点击OK确认，或者点击Cancel关闭WINDING Type对话框。

注意：当鼠标置于某个绕组选项上时，该绕组类型的示意图将自动出现，如图7.24所示。

其中c图所示的蛙绕组只有在直流电机等大功率电机时才可用。

a. 叠绕组
b. 波绕组
c. 蛙绕组
图7.24 直流绕组类型
7.5.3绕组端部和绝缘
对于交流绕组和直流绕组，都需定义绕组端部和绝缘。

在如图7.25所示的Winding属性窗口的End/Insulation选项卡中，定义如下选项：
1.Input Half-turn Length：是否输入半匝长度。

当选中该选项时，Half Turn Length将会
在下次打开Properties对话框时显示。

如果未选中，则由End Adjustment替代。

2.Half-turn Length：电枢绕组的半匝长度。

当Input Half-turn Length选项选中时可用。

3.End Adjustment：绕组端部伸出铁心的直线部分长度。

当Input Half-turn Length选项
没有选中时该项可用。

注意：由于不同电机制造商的下线工艺不一样，RMxprt计算的线圈平均匝长可能会与实际制造商的数据不同。

因此，可以用End Adjustment选项来作为调整线圈长度的一个选项。

如果测得
电阻比计算值大，可以增加End Adjustment的输入值，否则减小其输入值。

4.Base Inner Radiius：底部拐角处的内半径。

5.Tip Inner Diameter：线圈顶部的内直径。

6.End Clearance：两相邻定子线圈间的间隙。

7.Slot Liner：槽绝缘的厚度。

8.Wedge Thickness：槽楔的厚度。

yer Insulation：层绝缘的厚度。

10.Limited Fill Factor：槽满率上限。

端部绕组的结构如图7.26
图7.26 绕组端部结构
槽绝缘结构如图7.27所示：
图7.27 槽绝缘结构
注意：当槽类型为5或6时，图7.27中的Coil Wrap和Bottom Insulation选项可用。

7.5.4磁极绕组
通过以下步骤设置磁极绕组：
1)点击Winding Type按钮，显示Winfing Type对话框，如图7.28所示：
图7.28 磁极绕组类型选择
2)从以下三种绕组类型中选择一种：
a. Round Wire：圆导线，参考6.6.3圆导线绕组的图6.38
b. Cylinder Coil：立绕扁导线，参考6.6.4圆筒形线圈的图6.39
c. Edgewise Coil：平绕扁导线，参考6.6.5扁线圈的图6.40
3)点击OK确认，或者点击Cancel关闭Winding Type对话框。

注意：当鼠标置于某个绕组选项上时，该绕组类型的示意图将自动出现，如图7.29所示。

a. Round
b. Cylinder
c. Edgewise
图7.29 磁极绕组类型
7.6 控制电路
无刷直流电动机（BLDCs），永磁同步电机（ASSMs）等电机需要通过电子换向系统对绕组电流进行换向，有多种不同的控制方式将直流电转换为交流电。

1)DC：带有常规触发电路的直流控制方式
2)CCC：带有斩波电流控制的直流控制方式
3)PWM：带有PWM控制的直流控制方式
4)AC：交流源
7.6.1 直流电源控制类型
当Control Type选择为DC，CCC，PWM时，可以通过以下步骤设置控制电路：
1)点击Circuit Type按钮，显示Circuit Type对话框，如图7.30所示：
图7.30 选择直流电源的电路类型
2)从以下六种选项中选择一种电路类型：
a. Y3：Y型连接，三相
b. L3：环型，三相
c. S3：星型连接，三相
d. C2：交叉性，两相
e. L4：环型，四相
f. S4：星型连接，四相
3)点击OK确认，或者点击Cancel关闭Circuit Type对话框。

注意：当鼠标置于某个电路类型选项上时，该电路类型的示意图将自动出现，如图7.31所示。

a. Y3
b. L3
c. S3
d. C2
e. L4
f. S4
图7.31 电路类型
7.6.2 控制电路的参数
控制电路的参数如下：
1)Lead Angle of Trigger：电角度表示的触发超前角，如图7.32所示。

正值代表超前
角，负值代表滞后角。

图7.32 开路感应电压与位置角度关系
2)Trigger Pulse Width：触发脉冲宽度，晶体管从导通到关断的时间，电角度。

3)Transistor Drop：晶体管导通压降。

4)Diode Drop：二极管压降，放电过程中二极管上的压降。

如果选择的电路类型为星
型连接（S3或S4），这个值为总放电电压。

5)Maximum Current：最大电流，控制类型CCC的最大限流值。

当选择电路类型CCC
时，该项可用。

当一相被触发，相电流(对电路类型Y3,S3,C2和S4)或线电流（对电路类型L3和L4）达到最大限流值后，一个控制信号将用来关断连在该相的晶体管。

然后，相（线）电流下降。

6)Minimum Current：最小电流，控制类型CCC的最小电流值。

当选择电路类型CCC
时，该项可用。

当一相被触发，相电流(对电路类型Y3,S3,C2和S4)或线电流（对电路类型L3和L4）达到最小限流值后，一个控制信号将用来导通连在该相的晶体管。

然后，相（线）电流上升。

在触发周期中，相（线）电流在最大和最小限流值之间变化，如图7.33所示。

图7.33 斩波电流控制的最大和最小电流
7)Modulation Index：调制系数，参考波（低频正弦波）的幅值与载波（高频三角波）
幅值之比，如图7.34所示。

图7.34 带有三相参考波的PWM控制波形
8)Carrier Frequency Times：载波比，载波（高频三角波）的频率与参考波（低频正
弦波）的频率之比，如图7.34所示。

7.6.3 交流电源控制类型
当选择电路类型AC时，可以通过以下步骤设置控制电路：
1)点击Circuit Type按钮，显示Circuit Type对话框，如图7.35所示：
图7.35 选择交流电源的电路类型
2)从以下六种选项中选择一种电路类型：
a. Y3：Y型连接，三相，所加电源为线电压的有效值
b. L3：环型，三相，所加电压为线电压的有效值
c. S3：星型连接，三相，所加电压为相电压的有效值
d. C2：交叉性，两相，所加电压为相电压的有效值
e. L4：环型，四相，所加电压为线电压的有效值
f. S4：星型连接，四相，所加电压为相电压的有效值
3)点击OK确认，或者点击Cancel关闭Circuit Type对话框。

注意：当鼠标置于某个电路类型选项上时，该电路类型的示意图将自动出现，如图7.36所示。

a. Y3
b. L3
c. S3
d. C3
e. L4
f. S4
图7.36 电路类型
7.7换向器
对于直流电机（DCMs），永磁式直流电机（PMDCs）和通用电机（UniMs）这几类电机，绕组电流换向是通过机械换向器/电刷系统完成的。

本节将介绍RMxprt中的换向器和电刷参数。

7.7.1 换向器类型和参数
双击DCM，PMDC或UniM电机的项目树中的Commutator属性，显示Properties对话框。

在Commutator选项卡中，可以看到换向器参数，如图7.37所示。

图7.37 换向器数据
mutator Type：选择换向器类型。

1)点击Commutator Type按钮，显示Select Commutator Type对话框，如图7.38所
示：
图7.38 选择换向器类型
2)从以下两种类型中选择一种：
a. 圆柱式
b. 盘式
注意：当鼠标置于某个换向器类型选项上时，该换向器类型的示意图将自动出现，如图7.39所示。

a. Cylinder
b. Pancake
图7.39 换向器类型
3)点击OK确认关闭弹出的对话框。

2.对于圆柱式换向器，设置如下：
1)Commutator Diameter：换向器的直径。

2)Commutator Length：换向器的长度。

3.对盘式换向器，设置如下：
1)Outer Diameter：换向器的外径。

2)Inner Diameter：换向器的内径。

mutaotor Insulation：两个相邻换向片间绝缘的厚度。

7.7.2 电刷参数
在电刷选项卡，定义如图7.40所示的电刷数据。

图7.40 电刷数据
1. Brush Width ：电刷的宽度。

2. Brush Length ：电刷的长度。

3. Brush Pairs ：电刷对数，当使用波绕组时使用的电刷对数。

4. Brush Displacement ：电刷偏移，电刷偏离几何中心线的机械角度（反转的方向为正值）。

注意：电机反转时，电刷偏移角为正。

例如，如果转子顺时针旋转，电刷偏移角也是顺时针方向的，那么该角度为负；如果转子顺时针旋转，但是电刷偏移角逆时针方向的，则该角度为正。

5. Brush Drop ：一对电刷上的电压降。

6. Brush Press ：电刷压紧换向器时的机械压力。

7. Frictional Coefficient ：电刷的摩擦系数。

注意：如果在Machine 属性窗口中Frictional Loss 设为零，则Brush press 和Frictional Coefficient 用来计算摩擦损耗，
7.8负载类型
负载类型与运行类型有关，在Solution Setup 中设定。

RMxprt 中有五种电动机负载类型和两种发电机负载类型供选择。

7.8.1电动机负载类型
当运行类型Operation Type 为电动机时，对于同步电机以外的电机都可以选择以下五种负载类型，如图7.41所示：
a. Const Speed ：恒速，通过给定的额定转速分析额定运行状态。

b. Const Power ：恒功率，通过额定输出功率分析额定运行状态。

c. Const Torque ：恒转矩，不考虑速度，通过给定的额定转矩分析额定运行状态。

给定的额定转矩是由额定功率除以额定转速得到。

d. Linear Torque ：线性转矩，负载转矩随着速度线性增加。

在这种情况下，
rated
rated
load n n T T ，其中，T rated 等于额定输出功率P rated 除以额定转速n rated 。

e ． Fan Load ：风机负载，负载转矩随着速度以抛物线曲线形式增加。

在这种情况
下，
2
rated rated load n n T T ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛=，其中，T rated 等于额定输出功率P rated 除以额定转速n rated 。

a. Constant speed
b. Constant power
c. Constant torque
d. Linear torque
e. Fan load
图7.41 负载类型
注意：对于同步电动机，因为电机的速度总是保持为同步转速，故只有恒功率负载类型可选。

7.8.2发电机负载类型
当运行类型Operation Type 为发电机时，可以选择以下两种负载类型：
a. Infinite Bus ：无限大电网，发电机连接到无限大电网上。

这种情况下，端电压
保持恒定，输出功率由外电流决定。

b. Independent Generator ：独立发电机，发电机为负载提供功率。

对于交流发电
机，负载的阻抗和感抗是由额定输出功率，额定电压和额定功率因素决定的。

对于直流发电机，负载的阻抗是由额定输出功率和额定电压决定的。