水泵用單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電機(jī)的有限元分析
彭冠炎，楊向宇
（華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣州510640）
摘要：?jiǎn)蜗嚯娙葸\(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)在水泵、風(fēng)扇和通風(fēng)機(jī)中有著廣泛的應(yīng)用，利用maxwell對(duì)水泵用單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析，建立了電機(jī)的二維有限元模型并對(duì)電機(jī)進(jìn)行了瞬態(tài)磁場(chǎng)和動(dòng)態(tài)性能分析，分析結(jié)果表明本設(shè)計(jì)是切實(shí)可行的。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗嚯姍C(jī)；電容運(yùn)轉(zhuǎn)；二維有限元模型；瞬態(tài)磁場(chǎng)分析
中圈分類號(hào)：tm382; tm343 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848f 2010）02-0035-02
1 電機(jī)的結(jié)構(gòu)和尺寸
本文對(duì)一臺(tái)額定功率為p= 550 w的單桕電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電機(jī)進(jìn)行分析，繞組采用同心式一正弦波繞組，額定電壓u= 220 v，額定電流l=3.6 a，頻率f=50 hz，定子24槽，轉(zhuǎn)子36槽，極對(duì)數(shù)p=l。電機(jī)的硅鋼片采用冷軋無(wú)取向的dw50_501，電機(jī)定轉(zhuǎn)子的主要尺寸如表l所示。
根據(jù)電機(jī)的尺寸在rmxprt中進(jìn)行設(shè)計(jì)得到電機(jī)的截面圖如圖1所示。
2 電機(jī)的有限元分析
2.1基本假設(shè)
根據(jù)所分析問(wèn)題的性質(zhì)和單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)可以做如下假設(shè)：
①不考慮鐵磁材料的鐵心損耗；
②電機(jī)軸向?yàn)闊o(wú)限長(zhǎng)，忽略邊緣效應(yīng)；
③電機(jī)外緣漏磁場(chǎng)忽略不計(jì)；
④忽略位移電流。
2.2 電磁場(chǎng)分析數(shù)學(xué)模型和邊界條件
電磁場(chǎng)的內(nèi)在規(guī)律由電磁場(chǎng)基本方程組——麥克斯韋( maxwell)方程組表達(dá)。
式中，e為電場(chǎng)強(qiáng)度(v／m)；b為磁感應(yīng)強(qiáng)度(t)；d為電位移矢量(c／m2)；h為磁場(chǎng)強(qiáng)度( a/m)；j為電流密度(a／m2)；p為電荷密度(c／m3)。
本文采用二維電磁場(chǎng)分析模型，在二維分析場(chǎng)中，矢量場(chǎng)位近似認(rèn)為只有軸向分量，只研究與電機(jī)軸垂直的橫截面磁場(chǎng)。一般電流被認(rèn)為是已知的并恒定不變，無(wú)感應(yīng)的渦流，電磁場(chǎng)方程為：
式中，v為磁阻率；j為電流密度；a矢量磁位的軸向分量。
有限元法與式(2)相應(yīng)的泛函為：
為了縮小求解區(qū)域，取定子和軸的外圓作為邊界，認(rèn)為這兩處的向量磁位滿足第一類邊界條件[6-7]：
有限元單元?jiǎng)澐值迷郊?xì)，結(jié)果計(jì)算得越精確，當(dāng)然，花費(fèi)的計(jì)算時(shí)間就越長(zhǎng)。
2。3有限元計(jì)算
在maxwell 2d首先對(duì)電機(jī)進(jìn)行建模，根據(jù)電機(jī)的尺寸建立電機(jī)的2d模型如圖2所示。
建模后給電機(jī)的各個(gè)部分指定材料（硅鋼片材料，轉(zhuǎn)軸材料等），設(shè)定邊界條件和求解條件幾個(gè)步驟之后，即可進(jìn)行計(jì)算仿真。用maxwell 2d的后處理功能繪出7各種標(biāo)量和向量在空間的分布圖。據(jù)這些圖形可以直觀地判定電機(jī)齒部及扼部磁密分布是否合理并據(jù)此對(duì)電機(jī)做有效調(diào)整。
利用maxwell 2d里面的transient求解器可以模擬電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程。
圖3是電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)不同的角度時(shí)候的電機(jī)磁場(chǎng)磁力線分布圖。
|
