ANSYS Maxwell永磁同步电机DQ参数及效率MAP精讲

电机设计青年

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      本门课程主要围绕永磁同步电机DQ轴参量计算及电机效率MAP计算展开，其中，DQ轴参量可以由三种方式进行计算，第一种为自己根据从三相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换矩阵，在输出变量中编辑相关计算公式；第二种为使用独立脚本“Electric Machines Solutions - R16.2”进行计算；第三种使用Maxwell的内置功能计算；电机效率MAP的计算也介绍了两种方式，第一种为使用独立脚本“Electric Machines Design Toolkit - R16.2”进行计算；第二种为Maxwell内置ACT Extensions中的“Machine Toolkit”进行计算。

      课程除了讲解软件的具体操作及相关设置参数之前，还重点讲解了从三相静止坐标系到两相旋转坐标系的电机方程，理论计算公式与独立脚本计算结果进行相互校核，使学习者清楚DQ轴参量的计算方法，加深对DQ轴参量物理含义的理解。

      课程第一章讲解了独立脚本的放置路径及调用方法，讲解了DQ轴坐标变换方法，及采用等幅值变换下，DQ轴电流、磁链、电感、电压公式推导过程，图一为等幅值变换矩阵，图二为DQ轴电感计算结果，其中Lad、Lbd、Lcd等九个中间变量组成的矩阵为变换矩阵C3s/2r与三相电感矩阵LABC的乘积。

图1 等幅值变换矩阵

图2 DQ轴电感

      第二章和第三章重点讲解了独立脚本“Electric Machines Solutions - R16.2”，并在输出变量中手动编辑从3s到2r的计算公式，与脚本计算出的DQ轴参量相互校核，明确了各个参量的计算方法；此外在第二章中介绍了两种功率因数的计算方法，在2.4节、2.5节中绘制了相绕组基波电压平衡方式的是矢量图及基波功率因数的计算方法，如图3所示，其中第二张图是第一张图的局部放大图。

图3 基波电压平衡方式矢量图

      第四章和第五章为电机效率MAP计算，介绍了Machine Toolkits相关设置参数的使用及建议，并对结果数据进行了解读和绘制了云图，图4为在Maxwell中使用脚本显示的效率MAP云图，图5为使用第三方软件绘制的效率MAP云图，并统计了效率的面积占比数据，此外，对第三方软件的安装和使用进行了讲解，图6为使用ACT方式计算出来的效率MAP云图。

图4 脚本的MAP云图显示

图5 第三方云图绘制

图6 第三方云图绘制

      更加详细内容见本门课程目录，如下：

      1 使用向导

             1.1 文件放置

             1.2 计算原理及方法

             1.3 DQ轴参量计算

                      1.3.1 DQ轴变换（3s/2r）

                             1.3.1.1 恒功率变换

                             1.3.1.2 等幅值变换

                      1.3.2 DQ轴参量求解（等幅值变换）

                              1.3.2.1 DQ轴电流、磁链、电压计算公式

                              1.3.2.2 DQ轴电感计算公式

                              1.3.2.3 DQ轴方程

      2 使用UDO-Average and RMS Solutions

              2.1 前处理

              2.2 设置Average and RMS Solutions

              2.3 生成Average and RMS Solutions参数及公式验证

                      2.3.1 DQ轴电流

                      2.3.2 DQ轴磁链

                      2.3.3 DQ轴电压

                      2.3.4 DQ轴电感

                      2.3.5 功率与损耗

                      2.3.6 能量平衡与效率

                      2.3.7 仿真转矩与计算转矩

                      2.3.8 相电压与线电压

                      2.3.9 功率因数两种计算方式

              2.4 基波电压平衡方式式矢量图绘制

              2.5 波波功率因数计算

              2.6 内置功能-Average and RMS Solutions

      3 使用UDO-Transient D-Q Solutions

              3.1 独立脚本-Transient D-Q Solutions

              3.2 内置功能-Transient D-Q Solutions

       4 使用Machine Toolkits-脚本

               4.1 Machine Toolkits设置

               4.2  Machine Toolkits数据分析

                     4.2.1 Torque-Gamma曲线

                     4.2.2 Torque-Speed曲线

                     4.2.3 结果文件

                     4.2.4 外特性曲线

                     4.2.5  第三方软件绘制MAP云图

                             4.2.5.1 软件安装

                             4.2.5.2 云图绘制

                             4.2.5.3 数据统计与分析

       5 使用Machine Toolkits-ACT

                5.1 加载Machine Toolkits

                5.2 设置Machine Toolkits

                5.3 MAP图解析  

来源：电机设计青年