异步起动永磁同步电动机功角的扫描方法

清心笔记—2020.6.3

      由电机学可知，同步电动机的功角是U超前E0的角度，功角是判断电机运行状态的一个重要参数。在以往手算例中，一般通过给定一系列角度，然后分别计算出输入功率，不同的功角值，输入功率也不同，输入功率与功角的关系公式（1-1），图（1-2）为某台异步起动永磁同步电动机部分工作特性参数。

1-1  

式中：P1—输入功率

θ—功角

Xd—直轴同步电抗

Xq—交轴同步电抗

E0—空载反电动势

UN—相电压

R1—相电阻

                                                                              1-2

       在运用ANSYS 电机设计软件仿真时，通过RM模块也可以得到电机的功角值，但要运用Maxwell 2D进一步分析时，如果选用RM结果中的功角值，所仿真结果与实际要求误差较大的，这是由于RM和Maxwell 2D所采用的算法不同，加上由RM导入2D的模型是理想化模型，与实际设计图纸也不符，需要另外导入实际设计图进行优化，主要优化有隔磁桥、磁瓦槽，这样，功角也随之变化，所以为了获得最佳功角进一步仿真，需要对功角进行参数化扫描。根据扫描结果，确定对应的转矩便可确定功角值。以下为基于ANSYS Maxwell 2D 对异步起动永磁同步电动机功角的扫描简要步骤。

一、初始模型：

RM中的模型： 一键导入2D的模型（四分之一）

二、 优化后2D模型：

三、2D模型重新导入后，需要对修改的材料并重新赋值、网格剖分等参数设置，其他选项均可按RM导入时的默认值。进行功角扫描前的参数设置如下：

1、转子初始角度设置：

选中Band,点击右键并选择Assign Band,在Datas栏设置转子初始值，这样此同步电机在初始位置时A相轴线对应磁极轴线（d轴）

2、在Mechanical栏，输入运行时转速1500rpm

3、激励参数修改：双击A相绕组，弹出绕组设置对话框，激励源用RM一键导入时所默认的电压源，将默认功角值用thet代表

4、点击确定，系统会自动弹出Add Variable对话框，要求对thet赋值，点击OK，

其余B、C相只要将默认功角值改为thet即可。

5、在项目结构树中右击Optimetrics/Add,点击Parametric，进入参数设置模板

6、在参数设置模板中点击Add，在Variable中选择thet，并设置初始值、终值、步长，点击Add添加，最后点击OK。

7、选择Table栏，参数排列显示出来：

8、 选中Calculations栏，

（1） 、选择Setup Calculations

（2） 、在Category栏目下，选择Torque

（3） 、在Quantity栏目下，选择Moving1.Torque

（4） 、点击Range Function

（5） 、选中Specified选项

（6） 、在Category中选择Math

（7） 、在Function下拉菜单中选择mean

（8） 、点击OK

（9） 、点击Ann Calculations

（10） 、点击Done

9、扫描设置面板中包含有期望值

8、在Options栏，可以选择保存每一次参数化时的场量和网格剖分状态。

9、确定设置

10、选择Parametricsetup1,点击右键选择菜单项Analyse

12、运行扫描状态栏

13、Results,右键Parametricsetup1，选择View Analysis Result

此时可以得到所扫描功角值的转矩数据，根据电机额定转矩，可选定对应的功角，本例电机额定功率为1.5kw，额定转矩为9.5 N.m 从上表中对应的功角是36.19°。从转矩曲线图可见，永磁同步电动的转矩随功角增加而增加，最大转矩的功角一般发生在90-110°左右。