异步起动永磁同步电动机起动性能仿真设计课件

,#,基于,A,N,S,Y,S,的异步起动永磁同步,电,动机 起动性能仿真计算,基于ANSYS的异步起动永磁同步电动机 起动性能仿真计算,1,异步起动永磁同步电动机(LSPMSM)的特点,异步电动机,限制起动电流,L,S,PMS,M起动性能设计难点,降压起动,异步起动永磁同步电动,机,，由,于,：,异步转矩与,U,2,成正比,发电制动转矩导致低转,速,时最,小,转矩,转子槽型的优化设计,全压起动,提高起动转矩,提高起动品质因数,降低起动电流,磁路结构复杂、电感参,数,计算,困,难,2,磁路法难以对电机起动,性,能进行,精确设计,异步起动永磁同步电动机(LSPMSM)的特点异步电动机限制起,解析法所得典型,LSPMSM,平均,转,矩,-,转差,率,曲,线,T,a,：,异步转矩,T,b,：磁阻负序分量转矩,T,g,：,发电制动转矩,T,av,：,总平均转矩,理想条件下转,矩,-,转差率曲线忽略 磁路饱和、磁场谐波和集肤效应的 影响，为一光滑曲线。,3,解析法所得典型LSPMSM平均转矩-转差率曲线Ta：异步转矩,一般,LSPMSM,起,动,过程,瞬,态转,矩,-,转,速曲,线,T-n,有限元仿真综合考 虑了磁路饱和、磁,场谐波、集肤效应,等影响，转矩曲线 波动剧烈。,4,一般LSPMSM起动过程瞬态转矩-转速曲线T-n有限元仿真综,本文利用,ANSYS/Maxwell2D,有,限元,仿,真软,件,，以,一,台,1.5kW- 2,极,LSPMSM,为,例，,分,别计,算,该电,机,以下,起,动性,能,参数,：,5,一、起动转矩,Tst,和起动电流,Ist,二、起动过程中的最小转矩,Tmin,三、牵入同步能力，即临界牵入同,步,J-T,L,曲线,本文利用ANSYS/Maxwell2D有限元仿真软件，以一台,一、基于Maxwell,的,起,动转矩Tst,和,起动,电,流,Ist,的,计,算,起动转矩即T-s曲线上s=1时刻对应的转矩，可通过堵转仿真求取。,1.,5,k,W-,2,极电机有限元模型,6,设置转速,为,0rpm,一、基于Maxwell的起动转矩Tst和起动电流Ist的计算,设置求解定、转,子铁,心,损,耗,7,设置求解定、转子铁心损耗7,对转子导条进行,涡流,效,应设,置,、集,肤,效应,透,入深,度,设,置,8,对转子导条进行涡流效应设置、集肤效应透入深度设置8,设置定子绕组与,激励,源,参,数,9,设置定子绕组与激励源参数9,设置转子端环电,阻、,电,感参,数,，利,用,Rmxprt,等,路,算,程,序,计,算,10,设置转子端环电阻、电感参数，利用Rmxprt等路算程序计算1,电机极数,机械角度范围,每点间隔度数,总计,算,点数,三,相,6,极,20内,4,6点,三,相,4极,30,内,6,三,相,2,极,60内,12,不同极数电机堵转仿真取点方法,参考堵转试验标准，,选取转,子,d,轴与定子,A相绕,组轴线对齐时为第一个起动点，对于,2,极电机，,在60范围内选取多个起动点对电机的堵转转矩,T,st,和堵转电,流,I,st,进行参数化仿真计算。,转子初始位置角参数化扫描设置,11,电机极数机械角度范围每点间隔度数总计算点数三相6极20内4,1.5kW-2,极样机堵转转矩,T,st,参,数,化仿,真,结果,1.5kW-2极样机堵转电流,I,st,参数化,仿,真结果,堵转转矩,T,st,：,待转矩波形稳定后，求一个 周期的平均值,A,V,G,，并取其,中的最小值,为,13Nm,。,堵转电流,I,st,：,待电流波形稳定后，求一个 周期的三相电流有效值 RMS,的,平均,值,，并取其中,的最大值,为17.9A,。,12,1.5kW-2极样机堵转转矩Tst参数化仿真结果1.5kW-,二、基于,Maxwell,的,起,动,过,程,中的,最,小转,矩,Tmin,计算,仿真起动过程转矩波动剧烈，难以直接,从,T-n,曲线上读取最小转,矩,T,min,转子初始位置角、电压相位角对仿真结果影响也较大,理想条件下,T-s,曲线,13,实际仿真所得,T-n,曲线,二、基于Maxwell的起动过程中的最小转矩Tmin计算仿真,为了克服以上困难，现假,设,电机带远大于自身转动惯量的负载设备,空载起动，由于整个起动过程非常缓慢，可认为电机在各异步转速下,稳定运行，起动结束后得到起动过程的瞬态转矩与时,间,T,-t,曲线，对,该曲线进行一定的数据处理，可得,到,平滑曲线，从平滑曲,线,上读出,电 机起动过程中的最小转矩,T,min,14,为了克服以上困难，现假设电机带远大于自身转动惯量的负载设备1,Initial,Angular,Velocity:：,初始转速,Moment,of,Inertia：,转子和负载转动惯量之和,Damping：阻尼系数，机械损耗/(角速度,)2,Load,Torque：,负载转矩，为负值,15,电机起动仿真运动设置,Initial Angular Velocity:：初始转速,设置负载惯量为,60,倍电,机,自身,转,动惯,量,，空,载,起动,，,仿真,得,到瞬,态,转矩,与,时间,T,-,t,曲线,16,设置负载惯量为60倍电机自身转动惯量，空载起动，仿真得到瞬态,起动过程转,速,与,时间,曲,线,n-t,17,起动过程转速与时间曲线n-t17,A,相电流与时,间,曲,线,18,A相电流与时间曲线18,瞬态转矩与,转速,曲,线,T,-,n,19,瞬态转矩与转速曲线T-n19,利用,M,a,tla,b,对瞬态转矩与时间曲线,T-,t进行,10,次多项式拟合，拟合曲线,在,0,.,5,s,左右,处出现下凹，此时转差率,s,为0.75左右，读取此处最小值即为电机最小转,矩,T,min,，为,8.6Nm,用Matlab对瞬态转矩与时间,T,-,t,曲,线进,行,拟合,20,利用Matlab对瞬态转矩与时间曲线T-t进行10次多项式拟,三、基于,Maxwell,的,牵,入同,步,能力,计,算,电机牵入同步能力由临界,牵入同步曲,线,J-T,L,表征：该,曲线为不同负载转矩下， 电机可以牵入同步的不同,的最大转动惯量。,0.5,0,1,1.5,2,2.5,0,0.5,1,1.5,2,2.5,J,TL/Tn,临界牵入同步,J-,T,L,曲线,系列,1,乘幂,(,系列,1),21,三、基于Maxwell的牵入同步能力计算电机牵入同步能力由临,设置一定负载转,动惯,量,，并,对,负载,转,矩进,行,参数,化,扫,描,22,设置一定负载转动惯量，并对负载转矩进行参数化扫描22,设置负载转动惯,量,为,1.,5,倍,电机,自,身惯,量,，对,负,载转,矩,进行,参,数,化扫描，当负载,转矩,为,-6.25Nm,时,，,电机,刚,好可,牵,入同,步,带,1.5,倍自,身,转动,惯,量、,不,同负,载,起动,过,程转,速,-,时间,曲,线,n-t,23,设置负载转动惯量为1.5倍电机自身惯量，对负载转矩进行参数,总结,1,.,通过对电机的堵转状态进行瞬态场仿真，得,到,L,S,PMS,M,的起动转,矩,T,s,t,和起 动电流,Ist,2,.,通过进行大转动惯量，空载起动仿真，得,到,L,S,PMS,M,瞬态转矩,-,时间曲线,T-,t,，,对该曲线进行多形式拟合得到平滑曲线，从平滑曲线上读取最小转矩,Tmin,3,.,通过固定负载转动惯量，在一定范围内参数化负载转矩，得到临界牵入 同步,J-TL,曲线上的一点，进而可求得整条曲线,24,总结24,25,感谢聆听,25感谢聆听,25,