介绍第28~30集-Maxwell永磁电机仿真计算精讲

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本课程主要内容为在Maxwell 2D/3D环境下，以一款内置式V字型永磁同步电机为例，讲解了从磁路法到有限元法的电磁设计仿真计算过程，主要从基础仿真、同步电机内部电磁关系、Maxwell 2D永磁电机仿真计算详解、永磁体温度特性仿真计算和永磁电机参数化仿真计算五个方面来展开的，覆盖了永磁同步电机的全仿真操作过程。

视频已全部上架，今天介绍第二十八集至第三十集的主要内容：永磁同步电机的负载及齿槽转矩仿真。

第二十八、二十九集

三相交流电机电枢绕组一般有星形连接（Y接）和三角形连接（△接）两种方式，其相电压/线电压、相电流/线电流之间的关系如下图所示，在Maxwell中输入的三相绕组激励，均为相电压和相电流，与实际的绕组接法没有直接关系。

图1 两种接法之间电压与电流关系

Maxwell计算时，由于定转子铁芯损耗曲线在一个电周期内没有达到平衡，因此计算时间一般需要计2个或2个以上电周期，铁损曲线如下图所示，铁损一般取稳定之后的平均值。

图2 铁损曲线

绕组中电流密度的计算公式如下：I为相电流，a为并联路数，b为并绕根数，对于圆线，π·d^2/4为每根导线的截面积，d为圆线直径，对于扁线，截面积则为扁线的宽度*扁线的厚度。

图3 圆线电流密度

线负荷：圆周方向单位长度上的安培导体数（双层），其计算公式如下：m为电机相数，一般为3，N为每相绕组串联匝数，Nc为线圈匝数，Di为定子铁芯内径，Z为定子槽数。

图4 线负荷计算公式

热负荷，即为电流密度与线负荷的乘积，其计算公式如下：

图5 热负荷计算公式

根据以上计算公式及电机激励、电机几何参数，其电磁负荷相关参数如下表所示。

表1 电磁负荷

对于圆线，一般只计算其直流铜耗，直流铜耗为3*相电流^2*相电阻值，而相电阻与绕组温度有关，可在RMxprt中对计算温度进行参数扫描，得到相电阻值随绕组温度之间的变化关系，如下图所示。

图6 Rs VS CoilT

在该负载算例中，电机的功率、损耗、效率数据如下表所示。

表1 功率、损耗及效率

第三十集

齿槽转矩是永磁电机电枢绕组不通电时，永磁体和定子铁芯（齿、槽）之间相互作用产生的转矩，是由永磁体与电枢齿之间相互作用力的切向分量引起的。当定转子存在相对运动时，处于永磁体极弧部分的电枢齿与永磁体之间的磁导基本不变，故这些电枢齿周围的磁场也基本不变，而与永磁体的两侧面对应的一个或两个电枢齿所构成的一小段区域内，磁导变化大，引起磁场储能的变化，从而产生齿槽转矩。