永磁电机交直轴电感Lq Ld仿真计算ANSOFT实例详解
基于 Ansoft 的永磁同步电机退磁仿真分析
基于 Ansoft 的永磁同步电机退磁仿真分析摘要：为了保证永磁同步电机抗退磁能力仿真的准确性，本文提出了一种基于 Ansoft Maxwell 软件的永磁同步电机退磁仿真方法。
以12S10P磁同步电机为例(PMSM) ，首先详细的介绍了此退磁仿真的电磁设置；然后评估与验证了此退磁仿真方法的仿真值与实测值差异；最后提供了此仿真方法的问题与改进思路，为永磁同步电机退磁仿真提供了参考。
关键词：Ansoft；退磁引言在压缩机的应用工况下，为了保持整套系统的高可靠性，压缩机中所有零件都需要进行可靠性评估，使所有的零件都能保持在正常的状态下运行。
对于压缩机中的主要驱动零部件——电机来说，永磁体退磁是一个重要的指标[1]。
为了保证永磁同步电机按照设计的状态运行并达到设计的效果，永磁体需要在充磁饱和的状态下工作[2]。
当永磁同步电机转子永磁体发生不可逆退磁，整个电机将不再运行于最佳工作状态，进而影响到压缩机的性能。
因此对永磁同步电机进行抗退磁能力评估是一项重要的工作。
目前对于永磁同步电机的退磁电流的测试方法一般为：并接电机绕组某两相，给绕组通入电流使转子自动定位，并固定电机转子此时位置，随后通入反向电流，并对比测试通入退磁电流前后的线磁链值，以该值下降 3 % 为限定标准。
但是，目前采用的仿真分析方法为在永磁体上设定取样曲线，并计算施加退磁电流后取样曲线上剩磁回复值，按照剩磁平均值降低 3 % 为限定标准。
以上实验测试方法和仿真分析方法存在判定指标不一致的情况，因此为了提高仿真准确性以及仿真与测试的一致性，以及充分应用 Ansoft 的退磁仿真功能，本文对 Ansoft 的退磁仿真功能进行了研究。
1 Ansoft仿真分析软件退磁仿真1.1基本设置1.1.1电机退磁仿真工况电机运行状态按照正常的电机性能仿真设定，仿真模型为模拟电机正常运行并通入了较大电流时电机永磁体发生退磁的情况，按照 3 % 磁链降低为界限限定。
永磁同步电机交直轴电感计算
参数化扫描的有问题，但是趋势应该差不多《永磁电机》永磁同步电机分为表面式和内置式。
由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻和交轴磁阻相等，因此交直轴电感相等，即Ld=Lq，表现出隐极性质。
对于内置式，直轴磁阻大于交轴磁阻（交轴通过路径的磁导率大于直轴），因此Ld<Lq，表现出凸极电机的性质。
磁动势、磁阻：磁场强度H沿一路经的积分等于该路径上的磁压，用符号U表示，单位为A。
磁场强度沿一条闭合路径的积分等于等于该路径所包围的电流数，即,称为安培环路定律。
由于磁场为电流所激发，上式中回路所环绕的电流称为磁动势，用F表示（A）。
在电机设计中，为简化计算，通常把电机的各部分磁场简化为相应磁路。
磁路的划分原则是：①每段磁路为同一材料；②磁路的截面积大体相同；③流过该磁路各截面的磁通相同。
电机等效磁路的基本组成部分为磁动势源、导磁体和空气隙，磁动势源为永磁体或通电线圈。
图3-1为一圆柱形的磁路，其截面积为A，长度为L，假设磁通都通过该圆柱体的所有截面且在其截面上均匀分布，则该段磁路上的磁通和磁压分别为Φ，与电路中电流和电压的关系类比，定义Φ,为该段磁路的磁阻，上式称为磁路的欧姆定律。
磁阻用磁路的特性和有关尺寸为（L是长度，μ是磁导率）,与电阻的表达式在形式上类似。
磁阻的倒数为磁导，用ᴧ表示，Λ。
众所周知，若气隙长度均匀、磁密在一个极距范围内均匀分布、铁心端部无磁场边缘效应，则气隙磁压降为Φ,式中，Ф为每极磁通；δ为气隙长度；τ为极距；La为铁心长度。
调速永磁同步电机转子结构分为表面型和内置型。
由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻与交轴磁阻相等，因此交直轴电感相等，即Ld=Lq，表现出隐极性质。
而对其他结构，直轴磁阻大于交轴磁阻，因此Ld<Lq，表现出凸极电机性质。
我认为对于表面式，因为永磁铁的磁导率等于空气的磁导率，所以，就相当于，在转子的外层都是空气，这样磁动势的距离一样，所以磁阻一样。
基于ANSOFT的永磁直线无刷直流电动机的仿真研究
Simulation and Analysis of Linear PM Brushless DC Motor Based on ANSOFT
鲁 军 勇 1978 年 6 月 生, 2001 年毕 业 于 武 汉 海军工程大学电气工 程 系, 学 士学 位。 现 为 西 安交通大学电机及其 控 制工程系在读硕士研 究 生。研究方向为直线 电 机设计及其控制。
通电 绕组 A+ CC- B+ B+ AA- C+ C+ BB- A+
( A+ C- ) ( C- B+ ) ( B+ A- ) ( A- C+ ) ( C+ B- ) ( B- A+ ) , 从这里可以看到, 在动子 进行一个周期内, 动子绕组将经过 6 次换相。根 据动子所处位置范围及通电绕组次序, 我们可以 得到逆变器驱动逻辑信号, 如表 1 示。根据表 1, 我们可以利用 MAXSWELL 2D 提供的电路元件搭 构简单的逆变器模型如图 2 所示。驱动电路模型 如图 3 所示。开关 K1~ K6 的通断时机受受控电 压源 V1~ V6 控制。
图 1 逆变器模型
图 2 驱动电路模型
3 系统仿真结果及其分析
本文中 LPMBDCM 的模型 参数如表 2 所示。 电机有 18 个槽, 每极每相是一个槽, 采用双层整 距分布绕组形式。导电方式是两两导通三相星型
六状态。初级是三相线圈, 次级是 N, S 相间的永 磁体。设置粘制摩擦系数 100N s m- 1 , 初级总质 量为 5kg, 电动 机空载起 动。图 4 为 t = 0. 2865s 的电机磁场分布图。利 用 ANSOFT 软件, 我们还 可以得到电机的转速、电磁推力、法向力、相电流、 反电势、磁链、损耗等。图 5 是A 相电流曲线。从 图中可 以看 出当 功率 管轮 换导 通时, A 相 电流 有一个小的波动, 这是由于功率管开关时有上升
用ansoft计算电感解析
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交直轴电感，是同步电机分析和控制所必须的重要参数。
关于如何计算，只要是电磁场有限元和电机方面的论坛，都有相关的讨论。
遗憾的是大都停留在泛泛层面，鲜有具体阐述。
授人以鱼，不若授人以渔。
本帖拟从电感矩阵变换的角度出发，从原理上对此问题讲清楚，并给出具体操作流程。
一、基本流程1、参考方向（reference direction）图1 电机参考方向的定义2、冻结磁导率（frozen permeability）对于线性材料来说，它的磁导率是一个常数，不存在冻结磁导率（frozen permeability）之说，也不存在饱和之说；但对于电机里面的铁磁材料而言，不同电流下，铁磁材料的磁导率是不同的，因此电感参数也不一样；实际计算电感时，要考虑电机额定运行工况时的饱和程度，计算出来的电感才有实际意义。
这只有通过冻结磁导率的办法，才能实现。
冻结磁导率具体步骤如下：（1）、计算额定工况饱和程度。
此时的激励包括额定电枢绕组电流、额定励磁绕组电流，铁磁材料为非线性磁化曲线，方程为非线性方程；（2）、在（1）中的非线性方程迭代求解结束后，计算各个单元的磁导率，并冻结各个单元的磁导率（frozen permeability），此时磁导率为常数；（3）、去掉（1）中所加的所有激励，将电机铁磁材料的非线性磁化曲线更换为（2）中保存各个单元的磁导率，此时电机电机电感与电流无关；然后分别给每个绕组施加1A的电流，计算磁场，此时的方程为线性方程；（4）、计算（3）中能量，再依据能量法计算电感。
Ansoft maxwell计算电感矩阵时，是会自动冻结磁导率和考虑饱和影响的，没必要手动冻结磁导率。
当然我们也可以依照上述四步，手动冻结磁导率，然后计算电感，两种方法结果是完全一样的。
3、电流的加载（excitation）采用静磁场计算，为了计算额定工况，电机应该施加额定电枢电流和额定励磁电流。
施加额定电枢电流时，需要施加对应于该转子位置时刻的三相电流瞬时值，这样才能与额定工况相符。
Ansoft简明教程 磁场分析实例解析
然后在弹出右图对话框，在name栏填上材料名称，下来菜单选择Nonlinoar Permanent Magnet,进行各项参数设置，填入Hc ,Br 等参数。单击确定完成， 选择Material Coordinate Type为笛卡尔坐标系Cartesian，X Component的 Value值为1，其余的为0，径向充磁，另一块磁瓦用同样方法添加材料，不 同之处：选择Material Coordinate Type为笛卡尔坐标系Cartesian，X Component的Value值为-1，其余的为0，完成材料设置
图四
◆ 模型打开后就导入到了ANSOFT中，见下图六： ◆模型导入后需重新建立坐标系，便于下面建模设置。选择工具栏中的 ，把鼠标移至电枢冲片中心，单击，然后结束，参考坐标系建立完成。 见图七
图六
图七
三、根据导入的模型构建几何模型
◆ 在构建几何模型之前，需要先确 定几何模型的单位系统，执行 Modeler/Units命令，进行几何模 型单位选择。 ◆ 列表中默认单位是mm，当选择 新单位时，单击要选择的单位并 执行Recover to new units命令， 将模型窗口的单位转换为要选择 的单位
是以面域的形式显示：
◆ 按自己电机模型情况，建立线圈：
◆ 选择已建立的定子槽和线圈，执行
Modeler/Edit/Duplicate/Around Axis命令，出 现沿轴复制对话框，在Axis选择沿Z轴复制， 相隔30°，进行12次复制，完成电机所有定 子槽及线圈的建立.（根据自己模型实际槽 数建立）：
前复选框打√ 。最后只剩下电枢冲片图形。
图十
图十一
◆ 槽形描好后，把电枢冲片图形隐藏，见下图只剩 下槽形图。 ◆执行Modeler/Edit/Boolean/Unite命令，或者单击工具
永磁同步电机交直轴电感计算
参数化扫描的有问题，但是趋势应该差不多 《永磁电机》永磁同步电机分为表面式和内置式。
由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻和交轴磁阻相等，因此交直轴电感相等，即Ld=Lq ，表现出隐极性质。
对于内置式，直轴磁阻大于交轴磁阻（交轴通过路径的磁导率大于直轴），因此Ld<Lq ，表现出凸极电机的性质。
磁动势、磁阻：磁场强度H 沿一路经的积分等于该路径上的磁压，用符号U 表示，单位为A 。
磁场强度沿一条闭合路径的积分等于等于该路径所包围的电流数，即F=∮Hdl l=∑I i k i=1,称为安培环路定律。
由于磁场为电流所激发，上式中回路所环绕的电流称为磁动势，用F 表示（A ）。
在电机设计中，为简化计算，通常把电机的各部分磁场简化为相应磁路。
磁路的划分原则是：①每段磁路为同一材料；②磁路的截面积大体相同；③流过该磁路各截面的磁通相同。
电机等效磁路的基本组成部分为磁动势源、导磁体和空气隙，磁动势源为永磁体或通电线圈。
图3-1为一圆柱形的磁路，其截面积为A ，长度为L ，假设磁通都通过该圆柱体的所有截面且在其截面上均匀分布，则该段磁路上的磁通和磁压分别为{Φ=BAU =HL ，与电路中电流和电压的关系类比，定义R m =UΦ,为该段磁路的磁阻，上式称为磁路的欧姆定律。
磁阻用磁路的特性和有关尺寸为R m=LμA（L 是长度，μ是磁导率）,与电阻的表达式在形式上类似。
磁阻的倒数为磁导，用ᴧ表示，Λ=μA L。
众所周知，若气隙长度均匀、磁密在一个极距范围内均匀分布、铁心端部无磁场边缘效应，则气隙磁压降为F δ=H δδ=B δμ0δ=δμ0ΦτL a,式中，Ф为每极磁通；δ为气隙长度；τ为极距；La 为铁心长度。
调速永磁同步电机转子结构分为表面型和内置型。
由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻与交轴磁阻相等，因此交直轴电感相等，即Ld=Lq ，表现出隐极性质。
永磁同步电机交直轴电感计算
参数化扫描的有问题，但是趋势应该差不多 《永磁电机》永磁同步电机分为表面式和内置式。
由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻和交轴磁阻相等，因此交直轴电感相等，即Ld=Lq ，表现出隐极性质。
对于内置式，直轴磁阻大于交轴磁阻（交轴通过路径的磁导率大于直轴），因此Ld<Lq ，表现出凸极电机的性质。
磁动势、磁阻：磁场强度H 沿一路经的积分等于该路径上的磁压，用符号U 表示，单位为A 。
磁场强度沿一条闭合路径的积分等于等于该路径所包围的电流数，即F=∮Hdl l=∑I i k i=1,称为安培环路定律。
由于磁场为电流所激发，上式中回路所环绕的电流称为磁动势，用F 表示（A ）。
在电机设计中，为简化计算，通常把电机的各部分磁场简化为相应磁路。
磁路的划分原则是：①每段磁路为同一材料；②磁路的截面积大体相同；③流过该磁路各截面的磁通相同。
电机等效磁路的基本组成部分为磁动势源、导磁体和空气隙，磁动势源为永磁体或通电线圈。
图3-1为一圆柱形的磁路，其截面积为A ，长度为L ，假设磁通都通过该圆柱体的所有截面且在其截面上均匀分布，则该段磁路上的磁通和磁压分别为{Φ=BAU =HL ，与电路中电流和电压的关系类比，定义R m =UΦ,为该段磁路的磁阻，上式称为磁路的欧姆定律。
磁阻用磁路的特性和有关尺寸为R m=LμA（L 是长度，μ是磁导率）,与电阻的表达式在形式上类似。
磁阻的倒数为磁导，用ᴧ表示，Λ=μA L。
众所周知，若气隙长度均匀、磁密在一个极距范围内均匀分布、铁心端部无磁场边缘效应，则气隙磁压降为F δ=H δδ=B δμ0δ=δμ0ΦτL a,式中，Ф为每极磁通；δ为气隙长度；τ为极距；La 为铁心长度。
调速永磁同步电机转子结构分为表面型和内置型。
由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻与交轴磁阻相等，因此交直轴电感相等，即Ld=Lq ，表现出隐极性质。
基于ANSOFT的轴向磁场永磁同步发电机性能计算
３ ３ 三维 瞬态场路耦合 负载工 况计 算 ．
永 磁 同步 发 电机 负 载 运 行 时 ， 电枢 绕 组 电流
产 生 的 电枢 磁 势 既 影 响气 隙磁 场 的 分布 ，又 影 响
为 两 侧 转 子 的 磁 钢 是 按 同极 性 的顺 序 排 列 的 ， 即
步 发 电机 三 维 瞬 态 场 路 耦 合 负 载 工 况 计 算 ，我 们
Ｍ ｘ ｅ ｌＤ 对 轴 向磁 场 永 磁 发 电机 进 行 三 维 电 磁 ａｗ ｌ３
场 与外 电路 系 统 的场 路 耦 合 分 析 ，从 而 得 到 该 电 机 静 磁 场 分 布 和 空载 与 负载 工 况 瞬 态 场 的性 能 计 算 结果 ［］ 图 ３为样 机 的 主 要 电磁 结 构 部 件 由 永 ２。
ｒｓ ｌ ｖ ｒ ｅ ｈ ｔｔｅ ｄ ｓ ｎ ｉ ａ ｐ ｉａ ｌ ａ ｄ ｔｅｒｓ ｌ ｏ ｒｅｄｍ ｎ ｉｎＥ ｅ ｔ ｍ ｇ ｅｉ ｆｅ ｅｕｔ ｅｉ ｓｔａ ｈ ｅ ｉ ｓ ｐ ｌ ｂｅ ｎ ｈ ｅｕｔｆ ｔ ｅ ｉ ｅ ｓｏ ｌｃｒ ａ ｎ ｔ ｌ ｉ ｆ ｉ ｇ ｃ ｈ ｏ ｃ ｄｓ ｉ
摘
要 ：本文 介绍 了一种 轴 向磁场 永磁 同步发 电机 ，并使 用 Ａ Ｓ Ｆ Ｎ Ｏ Ｔ公 司的 电磁 场有 限元 分析软 件 Ｍ ｘ ｅ １Ｄ ａｗ ｌ３
对 其进 行 三维 电磁场 与外 电路 系 统 的场路 耦合 分析 ，从而得 到 该 电机静 磁场 分布 和 空载 与负载 工况 瞬态 场 的 性 能计算 结果 ，通 过样机 试验 证实 了分析 方法 具有 较高精 度 。 关键词 ： 轴 向磁场 永磁 同步 发 电机 中图 分类号 ：Ｔ ５ Ｍ３ ４ 三 维场 路耦合 分析 文 章编 号 ：１ ０ ．８ ２ （ ０ ８ ４０ ２ ．３ ０ ３４ ６ ２ ０ ）０ ．２ ２０
ansoft计算交直轴电感.
⎪⎩⎪
⎨⎧−===2
m C B m
A I I I I I (4以A相轴线为原点,将永磁体的d轴与A相轴线重合,当0θ=°时,这时的dq轴电流如下
d m q 0
I I I =⎧⎪⎨=⎪⎩ (5
等效的直轴状态的电流I m是指电机额定电流的直轴分量,永磁同步电动机的这种运行状态就是等效直轴状态,因为交轴电流为零,没有交轴电枢反应,则此时的电机气隙反电势即为直轴电动势,即E δ=E d ,根据电机学原理电枢反应电动势由式
本文提出一种计算电抗参数的方法,通过计算值与试验值的比较,证明这是一种行之有效的方法。本文采用Ansoft软件来进行计算。
2利用有限元方法计算电枢反应电抗
2.1概述
本文提出一种计算电抗参数的方法,通过计算值与试验值的比较,证明这是一种行之有效的方法。本文中将永磁同步电动机的运行状态分解为等效直轴状态和等效交轴状态这两种状态。等效直轴状态就是电枢绕组电流只有直轴分量而没有交轴分量的状态。等效交轴状态就是电枢绕组电流只有交轴分量而没有直轴分量的状态。
关键词:等效电路;参数;有限元法
The Research of Equivalent Circuit Parameter of the Permanent Magnet Synchronous Motor by Finite-element Method
Zhang Baoqiang Han Xueyan Tang Renyuan
Key words:equivalent circuit;parameter;finite-element method
1引言
永磁同步电动机由于具有体积小、高效节能等优点,近年来得到了广泛的应用。但是永磁同步电机也存在一些不同于电励磁电动机的问题,其中,电抗参数的准确计算就是重要问题之一[1]。永磁电机的磁极结构往往设计得较为复杂,电机的磁路很饱和,导致电机的电抗参数随磁路的饱和情况而变化[2],因此永磁同步电动机电抗参数的求取比较困难。
永磁同步电机交直轴电感计算10页
参数化扫描的有问题，但是趋势应该差不多《永磁电机》永磁同步电机分为表面式和内置式。
由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻和交轴磁阻相等，因此交直轴电感相等，即Ld=Lq，表现出隐极性质。
对于内置式，直轴磁阻大于交轴磁阻（交轴通过路径的磁导率大于直轴），因此Ld<Lq，表现出凸极电机的性质。
磁动势、磁阻：磁场强度H沿一路经的积分等于该路径上的磁压，用符号U表示，单位为A。
磁场强度沿一条闭合路径的积分等于等于该路径所包围的电流数，即F=∮HHHH =∑H HHH=1,称为安培环路定律。
由于磁场为电流所激发，上式中回路所环绕的电流称为磁动势，用F表示（A）。
在电机设计中，为简化计算，通常把电机的各部分磁场简化为相应磁路。
磁路的划分原则是：①每段磁路为同一材料；②磁路的截面积大体相同；③流过该磁路各截面的磁通相同。
电机等效磁路的基本组成部分为磁动势源、导磁体和空气隙，磁动势源为永磁体或通电线圈。
图3-1为一圆柱形的磁路，其截面积为A，长度为L，假设磁通都通过该圆柱体的所有截面且在其截面上均匀分布，则该段磁路上的磁通和磁压分别为{Φ=BAU=HL，与电路中电流和电压的关系类比，定义H H=HΦ,为该段磁路的磁阻，上式称为磁路的欧姆定律。
磁阻用磁路的特性和有关尺寸为H H=HHH（L是长度，μ是磁导率）,与电阻的表达式在形式上类似。
磁阻的倒数为磁导，用ᴧ表示，Λ=HHH。
众所周知，若气隙长度均匀、磁密在一个极距范围内均匀分布、铁心端部无磁场边缘效应，则气隙磁压降为H H=H H H=H HH0H=HH0ΦHH H,式中，Ф为每极磁通；δ为气隙长度；τ为极距；La为铁心长度。
调速永磁同步电机转子结构分为表面型和内置型。
由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻与交轴磁阻相等，因此交直轴电感相等，即Ld=Lq，表现出隐极性质。
而对其他结构，直轴磁阻大于交轴磁阻，因此Ld<Lq，表现出凸极电机性质。
Ansoft简明教程磁场分析实例
谢 谢！！！
4、求解步骤设置 ◆ 单击 弹出如下对话框，默认设置，单击确定完成设置。
5、求解检查 ◆ 当有限元分析的模型、载荷、边界、求解设置完成后，执行Maxwell 2D/Validation Check命令，或者单击工具栏上 按钮，弹出自检对话框，当所 有设置正确后，每项前出现对号提示
6、求解分析 ◆ 自检正确完成后，执行Maxwell 2D/Analysis all命令，或者单击工具栏上 按钮，启动求解过程。求解过程中，工程进度栏中交替显示系统计算过程的 进展信息，如细化剖分、求解矩阵、计算力等，用户可根据需求中断求解， 求解结束后，工程信息栏会弹出相应的提示信息
◆ 双击桌面上的Maxwell 12图标 启动 Maxwell。执行Maxwell/ Solution Type设置 求解类型见下图三，设置为静磁场求解。 ◆ 执行File/New命令，或者单击工具栏上 按钮 新建一个项目文件。 ◆ 然后单击 新建Maxwell 2D项目。
图三
◆ 然后依次单击 modelor——import出现如下窗口，选择刚刚保存的CAD 文件，然后打开。
3、观察磁通密度
◆将鼠标移至模型窗口，键盘操作Ctrl+A，选择模型窗口中所 有物体，执行Maxwell 2D/Fields/B/Mag B命令，在弹出的场图 显示设置对话框中设定显示名称，物理量Quantity中选择磁力 线分布Mag B，选择所有物体allobjects可以图形显示磁通密度 云图分布
◆选择壳体和轴，执行Modeler/Assign Material命令，弹出材料管理器，选择 steel1010材料，单击确定按钮，完成材料的分 配
◆选择转子，执行Modeler/Assign Material命 令，弹出材料管理器，选择DW470-50，如没 有此材料需自己添加。
Ansoft简明教程-磁场分析实例
DW470-50的磁通密度和磁场强度值见下表：
◆磁瓦，选择磁瓦把坐标系设定为建立的相对坐标系， 便于径向充磁，见下图
◆执行Modeler/Assign Material命令，弹出材料管理器，选择相应的材料，单击 确定按钮，完成材料的分配，如果没有需添加材料。
选择其中的一片磁瓦，执行Modeler/Assign Material命令，弹出材料管理器 （见右图）磁瓦为永磁铁氧体，选择Y30，单击clone material 复制材料，在先 有的材料基础上修改
◆选择壳体和轴，执行Modeler/Assign Material命令，弹出材料管理器，选择 steel1010材料，单击确定按钮，完成材料的分 配
◆选择转子，执行Modeler/Assign Material命 令，弹出材料管理器，选择DW470-50，如没 有此材料需自己添加。
弹出材料管理器，单击Add Material按钮， 出现新材料编辑对话框，在Material name文本 框中输入DW470-50，在第一栏相对磁导率 （Relative Permeability)类型框中选择非线性 nonlinear，Value项显示为BH Curve，选择BH Curve进入BH曲线编辑器，在左侧B和H框中 依次输入硅钢片相应的磁通密度和磁场强度 值
◆ 列表中默认单位是mm，当选择 新单位时，单击要选择的单位并 执行Recover to new units命令， 将模型窗口的单位转换为要选择 的单位
图八
• ◆ 由于导入的模型，有些线面无法选择，导致编辑困难，需重新整 理。
• ◆ 根据导入的模型，利用Draw Line和Draw 3 point arc、center point arc（图九）命令描线
Ansoft简明教程磁场分析实例
（永磁有刷直流电机）
一、CAD模型建立
◆ 在CAD中把电枢冲片、磁瓦、壳体组合在一起（图一）。 这样在Maxwell 2D 中就不用再移动组合。 ◆ 模型建好后另存为AUTOCAD2000/LT2000格式的图形 文件。
图一
二、Ansoft12的模型导入
◆ 双击桌面上的Maxwell 12图标 启动
Maxwell。执行Maxwell/ Solution Type设置
求解类型见下图三，设置为静磁场求解。 ◆ 执行File/New命令，或者单击工具栏上 按钮 新建一个项目文件。 新建Maxwell ◆ 然后依次单击 modelor——import出现如下窗口，选择刚刚保存的CAD 文件，然后打开。
图四
◆ 模型打开后就导入到了ANSOFT中，见下图六： ◆模型导入后需重新建立坐标系，便于下面建模设置。选择工具栏中的 ，把鼠标移至电枢冲片中心，单击，然后结束，参考坐标系建立完成。 见图七
图六
图七
三、根据导入的模型构建几何模型
◆ 在构建几何模型之前，需要先确 定几何模型的单位系统，执行 Modeler/Units命令，进行几何模 型单位选择。 ◆ 列表中默认单位是mm，当选择 新单位时，单击要选择的单位并 执行Recover to new units命令， 将模型窗口的单位转换为要选择 的单位
然后在弹出右图对话框，在name栏填上材料名称，下来菜单选择Nonlinoar Permanent Magnet,进行各项参数设置，填入Hc ,Br 等参数。单击确定完成， 选择Material Coordinate Type为笛卡尔坐标系Cartesian，X Component的 Value值为1，其余的为0，径向充磁，另一块磁瓦用同样方法添加材料，不 同之处：选择Material Coordinate Type为笛卡尔坐标系Cartesian，X Component的Value值为-1，其余的为0，完成材料设置
永磁同步电机交直轴电感计算
参数化扫描的有问题，但是趋势应该差不多 《永磁电机》永磁同步电机分为表面式和内置式。
由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻和交轴磁阻相等，因此交直轴电感相等，即Ld=Lq ，表现出隐极性质。
对于内置式，直轴磁阻大于交轴磁阻（交轴通过路径的磁导率大于直轴），因此Ld<Lq ，表现出凸极电机的性质。
磁动势、磁阻：磁场强度H 沿一路经的积分等于该路径上的磁压，用符号U 表示，单位为A 。
磁场强度沿一条闭合路径的积分等于等于该路径所包围的电流数，即F=∮HHH H=∑H H H H =1,称为安培环路定律。
由于磁场为电流所激发，上式中回路所环绕的电流称为磁动势，用F 表示（A ）。
在电机设计中，为简化计算，通常把电机的各部分磁场简化为相应磁路。
磁路的划分原则是：①每段磁路为同一材料；②磁路的截面积大体相同；③流过该磁路各截面的磁通相同。
电机等效磁路的基本组成部分为磁动势源、导磁体和空气隙，磁动势源为永磁体或通电线圈。
图3-1为一圆柱形的磁路，其截面积为A ，长度为L ，假设磁通都通过该圆柱体的所有截面且在其截面上均匀分布，则该段磁路上的磁通和磁压分别为{Φ=BAU =HL ，与电路中电流和电压的关系类比，定义H H=HΦ,为该段磁路的磁阻，上式称为磁路的欧姆定律。
磁阻用磁路的特性和有关尺寸为H H=HHH（L 是长度，μ是磁导率）,与电阻的表达式在形式上类似。
磁阻的倒数为磁导，用ᴧ表示，Λ=HHH。
众所周知，若气隙长度均匀、磁密在一个极距X 围内均匀分布、铁心端部无磁场边缘效应，则气隙磁压降为H H =H H H =H H H 0H =H H 0ΦHH H,式中，Ф为每极磁通；δ为气隙长度；τ为极距；La 为铁心长度。
调速永磁同步电机转子结构分为表面型和内置型。
由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻与交轴磁阻相等，因此交直轴电感相等，即Ld=Lq ，表现出隐极性质。
永磁电机交直轴电感Lq Ld仿真计算ANSOFT实例详解
⎡λu ⎤ ⎡Luu Luv Luw ⎤ ⎡Iu ⎤
⎢⎢λv
⎥ ⎥
ห้องสมุดไป่ตู้
=
⎢ ⎢
Lvu
Lvv
Lvw
⎥ ⎥
*
⎢ ⎢
I
v
⎥ ⎥
⎢⎣λw ⎥⎦ ⎢⎣Lwu Lwv Lww ⎥⎦ ⎢⎣Iw ⎥⎦
, ⎡λd ⎢⎣λq
⎤ ⎥ ⎦
=
CT
*
⎡λu ⎤
⎢⎢λv
⎥ ⎥
⎢⎣λw ⎥⎦
⎡λd ⎢⎣λq
⎤ ⎥ ⎦
=
CT
*
Luvw
*
⎡Iu ⎤
⎢ ⎢
I
v
⎥ ⎥
⎢⎣Iw ⎥⎦
Luvw
CT =
2
⎢⎡cosθ ⎢
cos⎜⎛θ
−
2π
⎞ ⎟
⎝ 3⎠
cos⎜⎛θ ⎝
+
32π ⎟⎠⎞⎥⎥⎤
3 ⎢⎢⎣sinθ
sin⎜⎛θ − 2π ⎟⎞ ⎝ 3⎠
sin⎜⎛θ ⎝
+
2π 3
⎟⎠⎞⎥⎥⎦
⎡λd ⎢⎣λq
⎤ ⎥ ⎦
=
CT
*
Luvw
*C
*
⎡ ⎢ ⎣
I I
⎡Luu Luv Luw ⎤
Luvw = ⎢⎢Lvu Lvv Lvw
⎥ ⎥
⎢⎣Lwu Lwv Lww ⎥⎦
2012-7-17
Haiwin TEL:15158821538 QQ：573059618
用Mathcad计算交直轴电感的步骤如下：
步骤3
2012-7-17
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永磁同步电机交直轴电感计算
参数化扫描的有问题，但是趋势应该差不多《永磁电机》永磁同步电机分为表面式和内置式。
由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻和交轴磁阻相等，因此交直轴电感相等，即Ld=Lq，表现出隐极性质。
对于内置式，直轴磁阻大于交轴磁阻（交轴通过路径的磁导率大于直轴），因此Ld<Lq，表现出凸极电机的性质。
磁动势、磁阻：磁场强度H沿一路经的积分等于该路径上的磁压，用符号U表示，单位为A。
磁场强度沿一条闭合路径的积分等于等于该路径所包围的电流数，即,称为安培环路定律。
由于磁场为电流所激发，上式中回路所环绕的电流称为磁动势，用F表示（A）。
在电机设计中，为简化计算，通常把电机的各部分磁场简化为相应磁路。
磁路的划分原则是：①每段磁路为同一材料；②磁路的截面积大体相同；③流过该磁路各截面的磁通相同。
电机等效磁路的基本组成部分为磁动势源、导磁体和空气隙，磁动势源为永磁体或通电线圈。
图3-1为一圆柱形的磁路，其截面积为A，长度为L，假设磁通都通过该圆柱体的所有截面且在其截面上均匀分布，则该段磁路上的磁通和磁压分别为Φ，与电路中电流和电压的关系类比，定义Φ,为该段磁路的磁阻，上式称为磁路的欧姆定律。
磁阻用磁路的特性和有关尺寸为（L是长度，μ是磁导率）,与电阻的表达式在形式上类似。
磁阻的倒数为磁导，用ᴧ表示，Λ。
众所周知，若气隙长度均匀、磁密在一个极距范围内均匀分布、铁心端部无磁场边缘效应，则气隙磁压降为Φ,式中，Ф为每极磁通；δ为气隙长度；τ为极距；La为铁心长度。
调速永磁同步电机转子结构分为表面型和内置型。
由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻与交轴磁阻相等，因此交直轴电感相等，即Ld=Lq，表现出隐极性质。
而对其他结构，直轴磁阻大于交轴磁阻，因此Ld<Lq，表现出凸极电机性质。
我认为对于表面式，因为永磁铁的磁导率等于空气的磁导率，所以，就相当于，在转子的外层都是空气，这样磁动势的距离一样，所以磁阻一样。
基于Ansoft的永磁同步发电机建模与仿真
（11）
从而在每一时间段有限元模型中每一点都
图2 带外电路的PMSG 仿真系统结构
2.4 模型的网格剖分 有限元法应用于电磁场的实质就是把连续 的电磁场问题变为离散系统的问题来求解， 电机 模型的离散化就是通过网格剖分来实现的， 它直 接影响有限元计算结果的精确性。A n s o f t 具有 自适应网格剖分的功能， 自适应网格加密技术的 前提是网格的自动剖分。 自动剖分主要是根据场 域的几何结构来进行的， 自适应网格剖分是在此 基础上根据对场量分布求解后的结果对网格进 行增加其剖分密度的调整。 首先对电机模型进行 自动剖分， 如图3所示， 此自动剖分比较稀疏， 影 响计算的准确性， 需要对其加密。 理论上网格越 密， 计算的就越准确， 但考虑到计算机资源以及 计算时间因素， 我们只需要重点加密磁场变化率 较大的气隙部分， 得到的剖分图如图4所示。
t /s
图3
初始化的网格剖分
图4
加密处理后的网格剖分
6
图5
B 相反电动势波形
Winding Current vs Time
3
仿真结果及其分析
emt (V)
4 2
麦克斯韦方程的微分形式为： ∂A ×ν ×A=Js - σ — - σ ν + ×Hc+σν× ×A （10） ∂t 其中： Hc —永磁体的矫顽力； ν —运动物体的速度； A—磁矢量；
陶永根
据上海华东钢 材市场消息， 今 年以来国内钢 材市 场上的冷、 热轧硅钢片因受上游原材料涨价的影响， 有 关钢厂以 “成本推动” 为由， 较大幅度调高了出厂价， 对 此， 市场上反应较为平静， 下游企业观望气氛浓厚， 市场 行情处于 “不冷不热” 的 “温吞水” 态姿。 尤其是二季度 4月份， 市场行情虽然稳中有升但无法改变出厂高， 市场 价格低的 “倒挂”行情， 使硅钢片流通 “陷入困境” ， 这 与有关钢厂调高出厂价时看好后市预期形成了强烈的反 差。二季度是下游企业生产旺季， 为什么对硅钢片需求 未出现 “火爆” 现象呢？ 有关业内人士分析认为： 要客观理性看待国内硅钢 片市场需求正在发生的变化。 较长时间以来， 以硅钢片 为主要原材料之一的电机、家电产品出口相当旺 盛， 几 乎每年以二位数百份比增长率上升。然而， 在 2007 年电 机总产量中： 出口电机 2157.1万 kW， 同比增长 20.3%， 增 2008 年一季度， 速同比反而减慢 6.4% 。 家电出口方面， 冰箱共出口404万台， 同比增长仅 2.5%； 出口家用空调器 1170万台， 同比增长 6.6%； 洗衣机出口356万台， 同比增长 11.3%； 吸尘器出口1970万台， 同比增长 3.2%； 微波炉出 口1046万台， 同比下跌5.3%； 电风扇出口同比下降15.7%。 电机、家电出口增幅趋缓， 对硅钢片需求有不同程度的
ansoft计算交直轴电感.
∞
Ψ=
=
∫
∫
所以
u d t
L I ∞=
∫
这里0I为电流初始值,u为回路中电阻上的电压值,这样电感的测量可以转化为对电压的积分,这就是称其为电压积分法的原因[5]
。
对于纯电感负载法,当永磁同步电动机作发电机运行,且定子接三相纯电感负载,永磁同步发电机的运行相量图如图8所示,由该相量图得到
从计算数据和试验数据可以看出:①内置式结构永磁同步电动机适合采用电压积分法来求取电抗参数;②表面式更适合采用伏安法来求取电抗参数。
表1内置径向式数据比较(误差以试验值为基值
计算结果试验结果误差对比(%功率/kW
X d
X q
X d
X q
X d
X q
0.12 0.128 0.398 0.1370.316 6.32 -26 0.25 0.115 0.311 0.1220.313 5.3 0.68 0.37 0.133 0.33 0.1420.351 6.48 5.92 0.55 0.227 0.435 0.2220.49 -2.68 11.2 0.75 0.253 0.488 0.2240.501 -13.1 2.46 2.5 0.4 0.663 0.381
0.656 -5.2 -0.99
表2表面式数据比较
计算结果试验结果
误差对比(%功率/kW
X d
X q
X d
X q
X d
X q 0.9(36槽0.188 0.189 0.182 0.182 -3.17-3.810.9(48槽0.177 0.181 0.172 0.231 -2.84
21.6
1.0 0.139 0.144 0.144 0.146 4.05 1.82
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– 在ANSOFT Magnetostatic 模块计算出三相电感矩阵Luvw – 在Mathcad里用下页推导的转换公式计算出交直轴电感
以下为三相电感到交直轴电感的推导过程：
2012-7-17
Haiwin TEL:15158821538 QQ：573059618
ANSOFT和Mathcad
永磁电机交直轴电感Lq、 Ld计算 详解
2012-7-17
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方法综述
• 使用ANSOFT Magnetostatic 模块和Mathcad计算永磁电机 Ld Lq ，利用 下述马达坐标变换电感矩阵公式计算永磁电机 Ld Lq参数
d q
⎤ ⎥ ⎦
Ldq
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步骤 1
• 将转子轴线（D轴）和定子A相轴线对齐，如下页左下图 • 使用参数能方便计算，具体设置见下图
2012-7-17
Haiwin TEL:15158821538 QQ：573059618
N表示计算Iu、Iv、Iw是单个线圈的磁势
id = 3Ie sin β iq = 3Ie cos β
⎡Hale Waihona Puke u⎢ ⎢iv⎢⎣iw
⎤ ⎥ ⎥ ⎥⎦
=
C
⎡id ⎢⎣iq
⎤ ⎥ ⎦
C=
⎡
⎢ ⎢
cosθ
⎢
2
⎢⎢cos⎜⎛θ
−
2
π
⎞ ⎟
3⎢ ⎝ 3 ⎠
⎢
⎢⎢cos⎜⎛θ
+
2
π
⎞ ⎟
⎢⎣ ⎝ 3 ⎠
⎤
sin θ
⎥ ⎥
⎥
sin⎜⎛θ − 2 π ⎟⎞⎥⎥ ⎝ 3 ⎠⎥
⎥
sin⎜⎛θ + 2 π ⎟⎞⎥⎥ ⎝ 3 ⎠⎥⎦
Iu = sqrt(2/3)*id*N/PB Iv = sqrt(2/3)*(-id/2-sqrt(3)/2*iq)*N/PB Iw = sqrt(2/3*(-id/2+sqrt(3)/2*iq)*N/PB
⎡Luu Luv Luw ⎤
Luvw = ⎢⎢Lvu Lvv Lvw
⎥ ⎥
⎢⎣Lwu Lwv Lww ⎥⎦
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用Mathcad计算交直轴电感的步骤如下：
步骤3
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⎡λu ⎤ ⎡Luu Luv Luw ⎤ ⎡Iu ⎤
⎢⎢λv
⎥ ⎥
=
⎢ ⎢
Lvu
Lvv
Lvw
⎥ ⎥
*
⎢ ⎢
I
v
⎥ ⎥
⎢⎣λw ⎥⎦ ⎢⎣Lwu Lwv Lww ⎥⎦ ⎢⎣Iw ⎥⎦
, ⎡λd ⎢⎣λq
⎤ ⎥ ⎦
=
CT
*
⎡λu ⎤
⎢⎢λv
⎥ ⎥
⎢⎣λw ⎥⎦
⎡λd ⎢⎣λq
⎤ ⎥ ⎦
=
CT
*
Luvw
*
⎡Iu ⎤
⎢ ⎢
I
v
⎥ ⎥
⎢⎣Iw ⎥⎦
Luvw
CT =
2
⎢⎡cosθ ⎢
cos⎜⎛θ
−
2π
⎞ ⎟
⎝ 3⎠
cos⎜⎛θ ⎝
+
32π ⎟⎠⎞⎥⎥⎤
3 ⎢⎢⎣sinθ
sin⎜⎛θ − 2π ⎟⎞ ⎝ 3⎠
sin⎜⎛θ ⎝
+
2π 3
⎟⎠⎞⎥⎥⎦
⎡λd ⎢⎣λq
⎤ ⎥ ⎦
=
CT
*
Luvw
*C
*
⎡ ⎢ ⎣
I I
• 依据下列公式计算出ANSOFT线圈激励三相磁势输入值，Ie表示相电流有效值，乘以根
号3表示折算到两相系统三相合成电流值，β是合成电流值超前交轴的角度，N为单个
（一个槽里有单双层差别，单为1个双为2个）线圈匝数；除以并联支路数是为了把总
电流折算到单个线圈的实际电流，因为2到3坐标变换后得到的是电机总的电流；乘以
N: 线圈匝数 PB: 线圈并联支路数
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步骤2
• 使用ANSOFT后处理组函数输出3x3 电感矩阵，如下图所示. • 计算的结果是1匝，三相并联支路数为1，默认定转子铁心铁长为1米时的三相电感值,在步
骤3时折算到实际值