摘要：詳細(xì)應(yīng)用MAGNET軟件對稀土永磁電機(jī)進(jìn)行動態(tài)仿真研究，最后將仿真結(jié)果與電機(jī)的測試結(jié)果進(jìn)行比較。測試結(jié)果表明，仿真效果與測試結(jié)果比較吻合。
關(guān)鍵詞：動態(tài)仿真；稀土永磁電動機(jī)；MAGNET軟件；測試引 言軟件是常用的一種仿真軟件，有專門的電機(jī)仿真模塊。在電機(jī)控制研究中，基于P1c控制、模糊控制等控制方法，便于對整個(gè)控制系統(tǒng)的研究。但是，Matlab軟件在有關(guān)電機(jī)參與的仿真研究時(shí)，已經(jīng)無形地規(guī)定了一個(gè)前提，那就是電機(jī)的各種參數(shù)是已知的；而當(dāng)對電機(jī)本體進(jìn)行研究時(shí)，此時(shí)電機(jī)的相關(guān)參數(shù)未知、而Magnet軟件是基于電磁場仿真的基礎(chǔ)之上來進(jìn)行電機(jī)的動態(tài)仿真的，通過電機(jī)的動態(tài)仿真，從而可以對電機(jī)的性能進(jìn)行預(yù)判，進(jìn)一步對電機(jī)研制方案進(jìn)行改善，這樣可以節(jié)省電機(jī)研制周期。
軟件分析流程軟件支持用于仿真負(fù)載與驅(qū)動的電路建模，可以對電機(jī)的動態(tài)性能進(jìn)行仿真。由于按照實(shí)際尺寸建模，而且材料與實(shí)際相符，所以其內(nèi)部磁場與電機(jī)的真實(shí)情況相一致，這樣在電磁場分析的基礎(chǔ)之上進(jìn)行電機(jī)動態(tài)仿真，更具有真實(shí)性。Magnet軟件的基本操作步驟和一般的有限元cAE軟件相類似，對一個(gè)項(xiàng)目的分析包括以下流程，見圖1。
幾何模型與網(wǎng)格剖分建立的幾何模型二維剖面圖如圖2所示。三維立體圖如圖3所示。從圖中可以看出，電樞中已建立了線圈，線圈建立后，要對線圈設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，如導(dǎo)線的截面積和導(dǎo)線扎數(shù)等。建模完成后，要對模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分。網(wǎng)格剖分是進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算的前提。網(wǎng)格剖分的大小影響到計(jì)算結(jié)果的精度，也影響到計(jì)算的時(shí)間長短，從而影響到計(jì)算機(jī)資源的合理利用。一般采用軟件自動剖分，當(dāng)剖分結(jié)果不滿意時(shí)，便人工設(shè)置進(jìn)行再剖分。
本電機(jī)的模型網(wǎng)格剖分圖如4所示。
電機(jī)繞組連接電路本電機(jī)為有刷永磁直流電機(jī)。電機(jī)外圍電路簡單，但有刷電機(jī)多了換向部分。Magnet軟件提供了一個(gè)換向器模塊，通過輸入換向器片數(shù)，換向片尺寸等自動生成，同樣可以通過設(shè)置電刷參數(shù)生成電刷。把線圈與換向器按繞線方式連接，再把電源引進(jìn)電路。電機(jī)電路連接圖如圖5所示。
4.電機(jī)動態(tài)仿真結(jié)果與測試結(jié)果分析
對于電機(jī)的動態(tài)仿真研究，主要是對電機(jī)的機(jī)械特性進(jìn)行分析研究，分別對電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速特性和負(fù)載轉(zhuǎn)帶特性做仿真研究。圖6為電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速特性曲線圖。圖7為電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)速特性曲線圖。圖8為電機(jī)測試機(jī)械特性曲線圖。表l為機(jī)械特性測試數(shù)據(jù)。
從圖6中可以看出，電機(jī)達(dá)到****轉(zhuǎn)速時(shí)所用的時(shí)間T=5 ms。電動機(jī)空載起動瞬問****轉(zhuǎn)速可達(dá)到nmax≈9000Odeg/s≈15000r/min。當(dāng)T′時(shí)電機(jī)開始運(yùn)行平穩(wěn)，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)時(shí)轉(zhuǎn)速≈85000deg/s≈14 116 r／min。本電機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)額定轉(zhuǎn)速為nN=14 500(±l000)r／min，現(xiàn)在空載轉(zhuǎn)速高于額定負(fù)載轉(zhuǎn)速，說明設(shè)計(jì)比較合理。
在加額定負(fù)載的情況下對電機(jī)進(jìn)行動態(tài)仿真。
從圖7可以看出，電機(jī)達(dá)到****轉(zhuǎn)速時(shí)所用的時(shí)間≈6 ms。電動機(jī)負(fù)載起動的瞬間，其****轉(zhuǎn)速可達(dá)到nmax≈8100Odeg/s≈13500r/min。仿真結(jié)果可以確定電機(jī)的起動時(shí)間相當(dāng)小，反應(yīng)迅速。電機(jī)在T′≈10 ms時(shí)開始運(yùn)行平穩(wěn)。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)時(shí)轉(zhuǎn)速n≈80deg/s≈13300r／min通過仿真結(jié)果可以計(jì)算出，電機(jī)的轉(zhuǎn)速降△n=no-nN=816r／；轉(zhuǎn)速降比較大，說明電機(jī)的機(jī)械特性不夠硬，使得負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速較低，比指標(biāo)中的額定轉(zhuǎn)速／min低了1 200r／min，但也基本在指標(biāo)范 圍附近。要保證電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)速不能太低，只有稍微加大磁鋼的特性，以提高電機(jī)的機(jī)械特性。
然而，增大磁鋼特性，電機(jī)空載時(shí)轉(zhuǎn)速又會下降。
從表1可見空載時(shí)轉(zhuǎn)速低于仿真結(jié)果，而額定負(fù)載時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速與仿真結(jié)果十分的接近。通過計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速降△n01=nm一nNl=330 r／min。與仿真結(jié)果比較，電機(jī)額定負(fù)載時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低比較小，可見機(jī)械特性較硬。
小結(jié)對電機(jī)進(jìn)行動態(tài)仿真研究，可以加快電機(jī)研制進(jìn)程，使研制更具有可預(yù)見性。但是，電機(jī)作為一個(gè)動態(tài)的對象，由于其性能受到電機(jī)結(jié)構(gòu)、磁鋼材料及形狀尺寸、電機(jī)繞線方式等方面影響，其仿真研究十分困難。Magnet電磁場分析軟件精確了電機(jī)結(jié)構(gòu)和磁鋼材料及形狀。在電路連接上也具有專門的繞線方式與外圍電路的連接界面，其仿真程度相當(dāng)高。但是，電與磁的耦合是否****，以及電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)熱等因素并沒有考慮到。
從仿真的結(jié)果來看還是相當(dāng)不錯(cuò)，具有較高的可借鑒性。但是，要想真正的進(jìn)行高仿真，還需要相關(guān)工作者進(jìn)行大量的研究。
