maxwell软件--爪极电机.doc

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1、12爪极交流发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。12.1基本原理爪极交流发电机（或爪极同步发电机）广泛的用于汽车工业，它将输入的机械功率转换为电功率。爪极发电机的定子上嵌有多相电枢绕组，其极数与转子相同。转子上装有较特殊的爪形磁极，这种磁极结构有利于在转子直径较小的情况下，安排较多的磁极。爪极转子上装有励磁绕组或永磁体，转子旋转时，在气隙中产生旋转磁场，该磁场会在定子绕组中产生感应电压。除了转子结构有较大

2、的差别外，爪极电机的电磁分析方法与同步发电机相同，常采用频域相量图进行性能分析。图12.1爪极发电机相量图图12.1中，R1和X1是电枢绕组的电阻和漏电抗。如果爪极交流发电机装有永磁体，则d轴电枢反应电抗Xad和q轴电枢反应电抗Xaq大致为定值。此外，Xad是经过线性化处理的非线性参数，Xaq是线性参数。d轴同步电抗Xd和q轴同步电抗Xq可按下面的公式计算：(12.1)12.1.1带有励磁绕组的转子如果转子装有励磁绕组，则励磁电流是可调的，d轴和q轴的电流可按下面步骤求得。以输入电压U为参考相量

3、，设功率因数角为φ,则电流相量为(12.2)图中OM所代表的相量可表示为：(12.3)设E0与U的夹角为θ（θ称为功率角），则E0与I的夹角为(12.4)相量ON的长度代表由d轴磁通产生的反电势，可用来确定d轴磁场是否饱和。d轴和q轴电流可分别按下式求出：(12.5)相量ON的长度代表由d轴磁通产生的反电势，可用来确定d轴磁场是否饱和。E0，Xad和If可以从磁路空载特性曲线中得到。12.1.2转子上只有永磁体如果转子只装有永磁体，则励磁是不可调的。d轴和q轴的电流可按下面步骤得到。对于给定的功

4、角θ(U滞后E0的角度)，有：(12.6)求得Id和Iq为：(12.7)令I滞后E0的角度为ψ，有：(12.8)功率因数角φ(I滞后U的角度)为：(12.9)12.1.3功率和效率输出电功率(12.10)输入机械功率(12.11)式中：Pfw、PCua、PFe、PCuf分别为风摩损耗、电枢铜损、铁心损耗、励磁绕组铜损（如果有励磁绕组）。输入机械转矩(12.12)ω为同步角速度，单位：rad/s发电机效率：(12.13)12.2主要特点12.2.1线圈和绕组的排列优化设计几乎所有常用的三相和单相，

5、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。12.2.2支持任何单、双层绕组设计的绕组编辑器除了利用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，通过改变每个线圈的相属Phase、匝数Turns、入槽号InSlot和出

6、槽号OutSlot，可排列出任意所需的单、双层绕组分布形式。12.2.3支持永磁和绕组励磁结构RMxprt支持三种爪极交流发电机的转子励磁结构：1.永磁体励磁结构2.绕组式励磁结构（圆线绕组和扁线绕组）3.永磁体和绕组混合励磁结构12.2.4分析气隙磁场分布爪极电机转子磁极的极弧系数是沿轴向变化的，若沿N极逐渐变小，则S极的极弧系数逐渐变大。RMxprt对每个截面都通过许克变换求解气隙磁场的波形，然后用积分的方式求解绕组的感应电势。12.3爪极交流发电机的设计这一节,我们将演示三相感应电动机设计

7、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Claw-PoleSynchronousMachine，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

8、单栏中点击File>Save。如果想把项目另存为CPSG_4p50Hz550VA.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(参考章节3.4.1配置材料库)：3.编辑线规库(参考章节3.3.2到3.3.6)：当选择Claw-PoleSynchronousMachine做为电机模型时,必须输入如下几项：1.Gen