Motor-CAD无刷永磁电机磁热互耦分析

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1、Motor-CAD无刷永磁电机磁热互耦计算(2015)简介通过Motor-CAD软件可进行无刷永磁电机的运行性能、损耗以及热分布的计算。本教程将对该类电机电磁热互耦计算进行详细介绍。定义模型Motor-CAD软件中有BPM电机的电磁计算模块及热计算模块。两种模块既可以单独进行仿真计算，还可以实现电磁热间的互耦分析。本教程中，首先使用电磁计算模块对样机的电磁性能进行分析。如下图所示，在菜单栏Model中选择电磁计算模块。Page1电机几何尺寸软件中默认的电机几何模型如下图所示。Page2驱动定义在驱动定义选项卡中，用户可以对电机的控制驱动系统进行定义。包含电机转速、电流、电压、以及连接方式等设

2、置，并能设置电机的充磁方式以及斜槽。可供选择的驱动类型有：纯正弦电流激烈、方波电压源激励以及自定义波形电流源激励。BPM电机的驱动电源一般为逆变器，不同控制策略的逆变器对电机的性能也会有影响。Motor-CAD软件中提供了如下图所示的多种控制方式。对于上述各种控制策略，其逆变器输出线电压的有效值与直流母线电压之比如下表：PWMModulationstrategyRatioVll(rms)/DCbusvoltageSixStep1800.780Hexagontracking:piecewiselinear0.7446Hexagontracking:secant0.7418Circletrack

3、ing0.707SixStep1200.675Maximumlinearrangeofsine/triangle0.612对于本教程所分析的样机，其逆变器直流母线电压设置为500V。Page3下面在性能测试“performancetest”选项中选择需要分析的项目。如下图所示，选取空载开路测试中的反电势及齿槽转矩、额定工况下的转矩转速曲线以及自感测试为计算项目。在9.2.5版本以后还增加了突然短路测试的内容。对于该分析过程，样机内各部分温度的分布情况无法通过电磁计算模块求得。因此，需要假定各部分的温度如下：Page4定义绕组本例中，Motor-CAD软件将根据每极每相槽数自动设置绕组类型。样

4、机的绕组为双层绕组，每绕组匝数为40。对于本例样机而言，每匝线圈的并绕根数为4。用户可通过编辑参数框中“NumberstrandsinHand”的值来进行设定。更改导体间距“Conductorsseparation”为0.05mm，结果如下图右侧示意图栏所示。Page5材料Motor-CAD软件内自带了电机生产行业常用的材料。用户也可通过新建材料功能来添加其它所需材料。Page6注意：如果用户手中的材料库为老版本材料库，则需通过"Createnewdatabase"建立新的材料数据库并在保存时赋予其老版本材料库的库名(例如'solids.mdb')。软件将弹出如下提醒对话框:点击“Yes“确

5、认之后，老版本材料库将自动升级为新版本材料库。Page7本例中，给样机选择软件默认材料库中的材料。Page8求解点击图标'SolveE-Magneticmodel'进行样机的电磁计算:Motor-CAD的电磁计算模块使用有限元分析法计算其电磁性能。通过周期及对称性的设置使得求解耗时更短。有限元模型及其计算结果如下所示，可以通过左下角的“open”来选择不同工况下的计算结果。Page9结果分析当求解结束之后，可在后处理结果中查看样机各类性能。样机的转矩、电感、齿槽转矩等曲线如下图所示：Page10该样机不同电流超前角下的转矩/速度曲线如下图所示：电机电流、端电压、反电势、转矩、齿槽转矩、磁链等

6、的频谱信息也可由Harmonics里查看得到。下图为转矩的频谱信息，该样机的电磁转矩包含了6th以及12th谐波。Page11有限元的计算结果可以通过下图所示的按钮进行回放，并可通过左侧边栏中的选择框来查看电机磁密分布、电流密度等信息。样机内铁心损耗及永磁体涡流损耗情况如下图所示：Page12“OutputData”输出表格中提供了电机性能及损耗的详细数据：在20度温度下计算得到的电机各部分损耗如下表。Page13磁热互耦模型前文中使用默认的温度值对样机电磁问题进行计算，并得到了电机各部分损耗。下面将以此作为热路计算的激励，通过磁热互耦计算得到电机温度及损耗的收敛值。在“Model”菜单中选

7、择热路计算模块：在热路计算模块中，用户可对电机非电磁部件进行更改。例如机壳类型、通风道形式、冷却方式等等。本案例将采用其默认设置进行热路分析。当热路模型设置完毕之后，选择E-Magnetic回到电磁计算模块。Page14求解电磁热互耦模型在电磁热互耦设置中，选择最后一项”Iteratetoconvergedsolution”。注意：为了提高求解书的，移除"BackEMF","CoggingTorque","T