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1、三相鼠笼式异步电动机的协同仿真模型实验分析 本文所采用的电机是参照 Ansoft 12 在工程电磁场中的应用 一书所给的使 用 RMxprt 输入机械参数所生成的三相鼠笼式异步电动机，并且由RMxprt 的电 机模型直接导出 2D 模型。由于个人需要，对电机的参数有一定的修改，但是使 用 Y160M-4 的电机并不影响联合仿真的过程与结果。 1.1 Maxwell 与 Simplorer 联合仿真的设置 1.1.1Maxwell 端的设置 在 Maxwell 2D 模型中进行一下几步设置： 第一步，设置 Maxwell 和 Simplorer 端口连接功能。右键单击Model 项，选 择 Se
2、t Symmetry Multiplier 项，如图 1.1 所示，单击后弹出图1.2 的对话框。 图 1.1 查找过程示意图 图 1.2 设计设置对话框 在对话框中，选择 Advanced Product Coupling项， 勾选其下的Enable tr-tr link with Sim 。至此，完成第一步操作。 第二步， 2D 模型的激励源设置。单击Excitation 项的加号，显示 Phase A 、 Phase B 、Phase C各项。双击 Phase A项，弹出如图 1.3 所示的对话框。 图 1.3 A 相激励源设置 在上图的对话框中，将激励源的Type 项设置为Extern
3、al，并勾选其后的 Strander ，并且设置初始电流Initial Current 项为 0。Number of parallel branch项 按照电机的设置要求，其值为1。参数设置完成后，点击确定退出。 需要说明的一点是，建议在设置Maxwell 与 Simplorer 连接功能即第一步之 前，记录电压激励源下的电阻和电感。事实上，这里的电组和电感就是Maxwell 2D 计算出的电机的定子电阻与定子电感。这两个数据在外电路的连接中会使用 到，在后面会详细说明。 至此， Maxwell 端的设置完毕。 1.1.2 Simplorer端的设置 Simplorer 端的设置，主要是对电机
4、外电路的设置， 具体的电路会在空载实验 和额定负载实验中详细给出，这里不再赘述。 1.1.3 联合仿真时间的设置 联合仿真时，Maxwell 和 Simplorer 同时运行，程序按照各自设定的时间和步 长运行。其中 Simplorer 是主动者， Maxwell 是被动者，当 Maxwell 运行完毕但 Simplorer 尚在运行时， Maxwell 将重新运行，与 Simplorer 进行数据交换。在实 践中，发现仿真时间的设置对结果有一定的影响。例如，将二者仿真时间和步长 设置相同的话，仿真的结果就不正确。在反复试验的前提下，得到如下经验：将 Simplorer 的时间和步长设置长一些
5、，将Maxwell 的时间和步长设置短一些，这 样实验的结果就接近正确值。 1.1.4 2D 模型的导入 2D 模型的导入 Simplorer 中的步骤，如图 1.4 所示。 图 1.4 导入步骤 点击以后，会弹出图1.5 所示的对话框。 图 1.5 2D 导入对话框 其中 File 项是指待添加 Maxwell 2D 模型的位置，下面的选项是选择2D 模型 还是 3D 模型， Solution 项是选择对应的 TR。 1.2 空载实验协同仿真分析 1.2.1 Simplorer电路设置 空载实验的电路图如图1.6 所示。 图 1.6 空载实验电路设置图 外电路的确定主要是通过以下几个步骤：
6、电源电压不能直接与电机的三相输入端口直接相连，通过查阅资料得知， 需要在线路上添加电阻或电感器件。实验初始，加入小电阻，相当于电源的内阻， 在外电路设置的基础上可以运行。 三相输出连接在一起，接地与不接地不影响实验的结果，这个是通过对比 验证得出的结论。 MotionSetup1 端口，是在 2D 模型中 Model 项的修饰部分 ，在生成 2D 模 型时系统自动设定。经过对比实验，得出如下结论：如果 MotionSetup1 输入端 口接入转速源， 改变转速源的参数值不影响电机的输出变化；如果 MotionSetup1 输入端口接地，电机的输出结果与加入转速源的输出结果是一致的，因此， Mo
7、tionSetup1 输入端口不管接什么类型的源，均不影响电机的输出结果。 但是在 2D 模型中改变 MotionSetup1 的话，输出将随着输入的不同转速发生改变，于是 就知道 MotionSetup1 输入端口取决于2D 模型中的设定，跟Simplorer 中的连接 方式没有任何关系。 在此基础上，选定 Simplorer 中 MotionSetup1 输入端口接地。 对于 MotionSetup1.out 的设定也是通过对比实验来确定： 在其他外电路连接完全相同的条件下，输出端口接地和接转动惯量的电机定 子电流如图 1.7 和 1.8 所示： 图 1.7 输出端口接地的定子电流图 图
8、1.8 输出端口接转动惯量的定子电流图 通过对比可以看出，接地的定子电流稳定的要快，而接转动惯量的定子电流 稳定的要慢，但是和原来的导入RMxprt 模型实验和自带电机模型试验的定子电 流图保持一致。也就是说，加入转动惯量以后，电机会仿真起动过程，这就是先 前的实验中为什么要加入转动惯量MASS_ROT 的原因了。 本实验最关键的一点就是对电阻和电感数值的选取。 a、先前在线路中只加入一小电阻，考虑作为电源内阻的功能，但是出来的 定子电流相当不理想，如图1.9 所示。 图 1.9 单纯加入小电阻的定子电流图 从上图看出，虽然三相电流最终达到稳定，但是明显不符合要求：A 相电流 太大，B、C 相
9、电流相对较小， 而且还是负值，这与理想中的空载电流相差很大。 b、如果加入小电阻和小电感，电流的波形与图1.9 相差不大。 c、在前两组实验中，得到的结论是线路的电阻和电感不能随意设定，必须 设置合适的参数才能得到正确的结果，在此基础上， 考虑将电阻值设定为电机的 定子电阻值， 将电感值设定为定子的漏感。执行新的实验方案， 得到了正确的波 形。 总结以上几点的分析，并结合一定数量的实验，得出图1.6 电机的空载实验 原理图： A、B、C 为三相电压，有效值为220V，相位依次相差120；R1、R2、R3 为电机的定子电阻，值为0.921989；L1、L2、L3 为定子侧的漏电感，值为 0.00
10、777424H；电机的三相输入接电源，三相输出连接在一起，MotionSetup1 输 入端口接地，输出端口接电机的转动惯量，值为0.0968218。至此，线路连 接完毕。 6.2.2 实验结果及分析 1、定子相电流波形如图1.10所示。 图 1.10 空载实验定子相电流波形 从图中可以看出，电机在0.8s左右完成起动过程，此后稳定在空载状态，空 载电流的有效值为2.43A。与 RMxprt 的空载电流 2.40252A 相比，差距不大。 2、电机转速图如图1.11所示 图 1.11 电机的转速图 电机开始启动，转速逐渐上升，最终稳定在1500rpm。 1.3 突加突卸负载的协同仿真 1.3.
11、1实验原理图 实验原理如图 1.12所示。 图 1.12 突加突卸负载实验原理图 实验中， 01s时电机完成起动并稳定在空载状态；在2s时加入负载，负载 转矩为 24 Nm，12s电机处于负载状态；在3s时卸去负载，电机处于空载状 态，仿真时间为 4s。 6.3.2实验结果及分析 1、定子相电流图如图1.13 所示 图 1.13 突加突卸实验定子相电流图 从图中可以看出， 在 02s时电机完成起动并稳定在空载状态；在 2s 时加入 负载时，定子电流开始上升，最终在稳定的负载状态；在3s 时卸去负载，电流 开始下降，最终回到空载状态。 2、电机转速如图1.14所示 图 1.14 突加突卸实验电机转速图 从图中可以看出，在02s时电机完成起动并稳定在空载状态，空载转速为 1500 rpm；在 2s时加入负载时，电机转速开始下降，最终运行在某一确定转速； 在 3s时卸去负载，转速开始上升，最终稳定在空载状态。 3、电机的转矩图如图1.15 所示 图 1.15 电机的转矩图 电机的转速图与先前的实验趋势相同。