旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁場計(jì)算數(shù)值解析結(jié)合法研究.pdf

1、本文將數(shù)值法和解析法相結(jié)合計(jì)算旋轉(zhuǎn)電機(jī)的二維磁場。計(jì)算中電機(jī)的定轉(zhuǎn)子區(qū)域用有限元法處理，氣隙區(qū)域內(nèi)的磁場用解析式表示?？紤]磁場的周期性，建立了計(jì)及電機(jī)周期數(shù)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)氣隙磁場解析表達(dá)式。數(shù)學(xué)模型建立以后，兩類方程的正確連接是把有限元方程和解析表達(dá)式整合為整體方程的關(guān)鍵。考慮到只要在交界面上矢量磁位連續(xù)，就自動(dòng)滿足磁場強(qiáng)度切向分量相等。于是本文采用矢量磁位相等的自然交界條件建立兩類方程的聯(lián)系，處理過程簡便，且做到了無誤差連接。經(jīng)過程序?qū)崿F(xiàn)

2、，將計(jì)算結(jié)果與純有限元法用自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)經(jīng)過網(wǎng)格精細(xì)剖分后的計(jì)算結(jié)果比較，兩者非常吻合，充分肯定了本文數(shù)值解析結(jié)合法的計(jì)算精度。 電機(jī)磁場的精確計(jì)算在現(xiàn)代電機(jī)設(shè)計(jì)中的作用越來越重要，與此同時(shí)現(xiàn)代電機(jī)設(shè)計(jì)和分析對磁場計(jì)算提出了更高的要求。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)是完成許多重要計(jì)算的必要條件。由于電磁場有限元分析方法具有通用性好、計(jì)算精度高的特點(diǎn)，因此成為目前首選的電機(jī)磁場數(shù)值計(jì)算方法。但是在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)如何避免氣隙區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格形狀的畸變，是

3、有限元法遇到的棘手問題。數(shù)值解析結(jié)合法的應(yīng)用，使旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁場計(jì)算時(shí)轉(zhuǎn)子能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)，為電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢、電磁轉(zhuǎn)矩乃至動(dòng)態(tài)過程計(jì)算提供了極大的方便，計(jì)算精度也隨之提高。因此，對于現(xiàn)代電機(jī)設(shè)計(jì)和分析具有重要意義。 電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電感參數(shù)的計(jì)算都需要轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)計(jì)算更需要轉(zhuǎn)子的靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。由于氣隙磁場采用了解析表達(dá)式，氣隙區(qū)域內(nèi)不存在有限元網(wǎng)格，消除了純有限元法中轉(zhuǎn)子難以任意轉(zhuǎn)動(dòng)的根本障礙，在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的自由旋轉(zhuǎn)方面取得了突

4、破。 麥克斯韋應(yīng)力張量法是計(jì)算電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的有效方法?，F(xiàn)在氣隙磁場采用解析模型，氣隙區(qū)域無網(wǎng)格，氣隙內(nèi)積分計(jì)算的精度不會(huì)受到網(wǎng)格形狀優(yōu)劣的影響。同時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式中確實(shí)不含有氣隙內(nèi)積分圓周半徑這一變量，既計(jì)算結(jié)果與積分路徑無關(guān)，與理論上的結(jié)論相一致。電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算精度得到了保證。 本文用數(shù)值解析結(jié)合法分別計(jì)算了輪轂式永磁無刷直流電機(jī)、各相解耦正弦波永磁電機(jī)、雙凸極雙饋永磁電機(jī)的磁場。三種電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢計(jì)算波形和實(shí)驗(yàn)波

5、形比較，取得了較為一致的結(jié)果，證明了本文方法的有效性和通用性。 本文最后進(jìn)行了輪轂式永磁無刷直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)過程計(jì)算。與現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)計(jì)算方法不同，本文建立了以磁鏈函數(shù)描述的電機(jī)非線性動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。首先利用數(shù)值解析結(jié)合法計(jì)算出作為電流和轉(zhuǎn)子位置多元函數(shù)的繞組磁鏈，然后進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算。將電機(jī)磁場和動(dòng)態(tài)過程的兩種復(fù)雜計(jì)算分開，而在動(dòng)態(tài)計(jì)算中又切實(shí)計(jì)及了非線性因素，使計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際，且更能適應(yīng)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜變化。電機(jī)電流計(jì)算波形與實(shí)驗(yàn)