次級材料對直線電動機(jī)性能影響的Maxweu 2D仿真分析
裘昌利1，劉少克2，宋敏2
(1．空軍航空大學(xué)，吉林長春130022；2國防科技大學(xué)，湖南長沙410073)
摘要：使用Maxwell2D軟件對直線感應(yīng)電動機(jī)進(jìn)行仿真，介紹了仿真方法和邊端效應(yīng)的調(diào)整方法，主要分析了氣隙大小和次級材料的厚度對直線感應(yīng)電動機(jī)運(yùn)行性能的影響，對直線感應(yīng)電動機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)、科研應(yīng)用有一定的參考價值。
關(guān)鍵詞：直線感應(yīng)電動機(jī)；仿真；Maxwll2D
中圖分類號：TM359．4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)09—0022—03
0引 言
直線感應(yīng)電動機(jī)的設(shè)計(jì)制造和科研開發(fā)中，常常需要做大量的實(shí)驗(yàn)來考察電機(jī)性能，這無論在人力、物力、財(cái)力和時間上都有較大的消耗。而采用仿真分析的方法，則具有方便迅速、節(jié)省成本的優(yōu)點(diǎn)。用有限元軟件Mawell 2D進(jìn)行仿真可以實(shí)現(xiàn)這個目的，從而加速其設(shè)計(jì)制造和科研開發(fā)。
1模型樣機(jī)
本文樣機(jī)為國防科大CMS03和CMS03A磁浮列車用直線感應(yīng)電動機(jī)，其幾何模型的基本樣式如圖l所示。隨著仿真目的不同，具體的幾何參數(shù)也將發(fā)生相應(yīng)的變化。
圖1直線感應(yīng)電動機(jī)的2D幾何模型
建模中假設(shè)初級鐵心的電導(dǎo)率為0，不會產(chǎn)生渦流，即忽略渦流損耗。電機(jī)運(yùn)行中其電磁場隨時間和運(yùn)動狀態(tài)而發(fā)生變化，故選用Transient(瞬態(tài))模塊進(jìn)行建模。Transient模塊適用于模型中具有平動或轉(zhuǎn)動物體(Object)的情況，能夠計(jì)算出運(yùn)動過程中任意時刻的磁通密度、磁場強(qiáng)度、感應(yīng)電流等電磁場量。次級材料及其高度則按照不同的仿真目的進(jìn)行繪圖和設(shè)置。
2邊端效應(yīng)的調(diào)整
直線感應(yīng)電動機(jī)特有的邊端效應(yīng)必須在建模中得以體現(xiàn)才能保證仿真結(jié)果的正確。直線感應(yīng)電動機(jī)的極數(shù)大于或等于6時可以認(rèn)為負(fù)序和零序電流與正序電流相比已足夠小而忽略；由于鐵心開斷造成的脈振磁勢也可以忽略不計(jì)[2]。對于動態(tài)縱向邊端效應(yīng)，由于幾何建模的方向是沿著其運(yùn)動方向，因此可以反映出動態(tài)縱向邊端效應(yīng)產(chǎn)生的影響。但是，2D模型并不能反映出橫向邊端效應(yīng)的影響。橫向邊端效應(yīng)的影響可以近似認(rèn)為僅使次級電阻率有所增加，即可以通過調(diào)整次級電阻率的大小來加以改善[2]。在定量計(jì)算時需要把次級電阻率乘以一個修正系數(shù)kr，其表達(dá)式為：
式中：c——次級導(dǎo)體板單邊伸出初級鐵心的寬度 (cm)：
z。——初級鐵心疊厚(cm)；
T——直線電機(jī)極距(cm)。
可以看出，Kr值僅與電機(jī)尺寸有關(guān)，在本文中其值為1.92。因此，建模時需要將次級材料的電導(dǎo)率一電阻率的倒數(shù)除以k。
3添加鐵磁材料
Mawell2D軟件允許用戶自定義材料屬性(如磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率等)，本文電機(jī)次級所用到的鐵板材料是某型鋼材，其B-曲線由手工輸入，其曲線如圖2所示。
圖2鐵板材料的B一H曲線
仿真過程中鋁板和鐵板材料的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率設(shè)置如表l所示。
表1鋁板和鐵板材料的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率
4仿真結(jié)果分析
當(dāng)直線感應(yīng)電動機(jī)作為磁浮列車的動力源時，除了推力作為重點(diǎn)的研究對象外，法向力對列車懸浮性能的影響也是巨大的，因而推力和法向力往往需要同時研究。
(1)氣隙大小對推力和法向力的影響改變氣隙的長度，研究電機(jī)的氣隙大小對推力和法向力的影響，仿真結(jié)果如表2所示。
表2氣隙大小對推力和法向力的影響
|
