maxwell软件--三相同步电机设计.doc

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1、10三相同步电机本章我们将简化RMxprt一些基本介绍，以便介绍一些更高级的使用。有关RMxprt基本操作的详细介绍请参考第一部分的章节。10.1分析方法三相凸极同步电机有发电机和电动机之分，两者的结构基本相同。三相同步发电机是工业、商业以及民用的主要电能来源，它将机械能转化为电能，其转子上装有由直流电励磁的多级绕组，定子上装有三相正弦分布绕组，转子旋转在气隙中产生旋转磁场。定子上感应出电压，频率为：(10.1)其中p是极对数,n是转子的机械转速，单位rpm，又称为同步转速，电机可以根据负载需要来产生有功功率和无功功率。通常采用频域矢量图来对电机进行分析，发电机和电动机的矢量图如图10.1

2、所示。a.发电机b.电动机图10.1同步电机矢量图图中R1和X1分别为电枢绕组电阻和漏电抗，Xad和Xaq分别为d轴电枢电抗和q轴电枢电抗。相量图中Xad是经过线性化处理的非线性参数。以输入电压U为参考相量，则电流相量为：(10.2)设功率因数角为φ,是电压相量U与电流相量I的夹角，图中OM所代表的相量可表示为(10.3)设E0与U的夹角为θ,（对于发电机θ称为功率角，对于电动机θ,称为力矩角），则E0与I的夹角为(10.4)d轴和q轴电流可分别按下式求出(10.5)图中ON相量代表由d轴磁链所产生的d轴反电势。由磁路空载特性曲线，可确定E0，Xad和励磁电流If1.对于发电机：输出电功率

3、：(10.6)输入功率(机械功率)：(10.7)式中：Pfw，PCua，PFe，Padd，Pcuf和Pex分别为风摩损耗、电枢铜损、铁心损耗、附加损耗、励磁绕组铜损和励磁机损耗输入机械转矩：(10.8)式中ω为同步角速度，单位：rad/s2.对于电动机：输入电功率：(10.9)输出机械功率：(10.10)式中：Pfw，PCua，PFe，Padd，Pcuf和Pex分别为风摩损耗、电枢铜损、铁心损耗、附加损耗、励磁绕组铜损和励磁机损耗输出机械转矩：(10.11)电机效率：(10.12)10.2主要特点10.2.1适用于同步电动机和同步发电机凸极同步电动机和发电机结构基本相同，相量关系和计算方法

4、有些差别，输出性能数据也有所不同。故RMxprt将同步电机分为两个设计模块：同步电动机和同步发电机。10.2.2三相绕组的自动排布几乎所有常用的三相和单相，单层和双层，整数槽和分数槽交流绕组都能自动设计。用户不需要一个接一个的自己定义线圈。当设计者采用全极式单层绕组时，RMxprt将自动对绕组进行排列，以减少绕组端部长度。当使用不对称三相绕组时，绕组排列按照最少负序和零序进行优化。10.2.3绕组编辑器支持任何单、双层绕组的设计除了利用RMxprt中的绕组自动排列功能，用户也能通过WindingEditor来指定特殊形式的绕组排列。在WindingEditor（绕组编辑器）中，通过改变每个

5、线圈的相属Phase、匝数Turns、入槽号InSlot和出槽号OutSlot，可排列出任意所需的单、双层绕组分布形式。10.2.4气隙磁场分析对于均匀气隙和非均匀气隙（磁极偏心），都能通过许克变换求解气隙磁场的分布。10.2.5电势波形和总谐波畸变（THD）分析以气隙磁场波形分析为基础，综合考虑绕组短距、绕组分布、斜槽、绕组联结方式以及负载影响等诸多因数，对线圈和绕组电势波形进行分析，求解电势波形畸变率。10.2.6阻尼绕组的瞬态参数分析与感应电机的鼠笼绕组不同，凸极同步电机阻尼绕组处于d轴和q轴差别很大的非均匀磁场中。因此，阻尼条的联结有多种形式，有每极连接（极间不连接）、全部连接和端

6、板式连接。1.每极连接（极间不连接）2.全部连接3.端板式连接所有这些复杂情况RMxprt都能进行分析处理，并给出阻尼绕组的动态参数。10.3设计三相同步电机这一节,我们将演示三相同步电动机设计的一般流程。点击Start>Programs>Ansoft>Maxwell12>Maxwell12从桌面进入Maxwell界面。从RMxprt主菜单条中点击File>New新建一个空白的Maxwell工程文件Project1。从RMxprt主菜单栏中点击Project>InsertRMxprtDesign。在SelectMachineType会话框中选择Three-PhaseSynchronousM

7、achine，然后点击OK返回RMxprt主窗口。这样就添加一个新的RMxprt设计。从RMxprt菜单栏中点击File>Save。如果想把项目另存为SynM3_6p50Hz538kW.mxwl，可从下拉菜单选择SaveAs然后点击Save返回RMxprt主窗口。(参见3.2.6设置默认的项目路径)分析这个算例，需要做以下几项设置：1.设置模型单位(参考章节2.3.2.7设置模型单位)：2.配置RMxprt材料库(参考章