计算机辅助建模和分析的竞选PMBLDC马达驱动为低功率高扭矩的应用程序

文摘

为了实现高扭矩低功率与效率高,一个新的竞选永磁无刷直流(PMBLDC)电机设计进行了分析和优化。类似的三相电机拥有相同的(内径(比)和定子长度())的最大转矩和转矩脉动比较设计竞选PMBLDC马达。麦克斯韦软件被用来建立电机的有限元仿真模型。内部复杂的磁场分布和动态性能仿真得到在不同的位置。空载和负载特性的竞选PMBLDC运动模拟,材料的能耗计算。整合的最终的仿真结果表明,该方法可用于进一步的优化设计提供了理论依据这种新型电机的驱动,提高电动机的起动转矩,减少转矩脉动。

1。介绍

直流无刷马达驱动器(刷)刺市场在各种消费品和工业系统中,如家用电器、计算机外围设备、汽车应用程序,和航空航天马达驱动器近年来由于其效率高、沉默的操作,高可靠性和低维修要求(1- - - - - -3]。电力电子转换器被用于变速驱动器。变频器的额定功率应满足所需的机器和驱动负载。然而,转换器评级不能增加超过一定范围由于限制半导体器件的额定功率。

逆变器的出现美联储马达驱动器还删除了限制汽车数量的阶段。这一事实成为可能设计机器超过三个阶段,带来了越来越多的调查和应用竞选电动机驱动器。竞选马达驱动器有很多优势在传统三相马达驱动器,如减少转矩脉动的振幅和频率增加,减少了定子电流每阶段,每阶段不增加电压,增加可靠性和功率密度。使用这些系统的目的主要是为实现更高的功率,减少转矩脉动,提高转矩密度,提高可靠性。

有许多性能分析方法竞选PMBLD运动如直接电路运动分析,状态方程模拟,分析电磁场的方法,和电磁有限元数值方法。特别是,有限元数值分析方法广泛应用于各种电气设备的分析和计算,并可以考虑铁磁材料非线性的情况下,以及在电机参数的变化(4]。麦克斯韦的电磁分析软件采用模拟竞选过程的基本特征和起动过程PMBLD马达。结果表明,该方法是清晰的和可行的。

2。竞选过程的数学模型PMBLDC马达

竞选过程的数学模型,给出PMBLDC电动机(5]。数据1(一)和1 (b)显示整个系统的配置竞选过程无刷直流电机驱动器及其等效电机模型。PWM逆变器拓扑结构是一个ten-switch电压源配置在恒定的直流母线电压。以下假设是为简化分析。(1)电动机不饱和。(2)所有绕组的定子电阻相等,和自我和相互电感是常数。(3)逆变器的功率半导体器件的理想。(4)铁的损失可以忽略不计。

在上述假设,铁损失可以用经验方程,近似的动态特性和开关设备需要考虑瞬态行为的调查。在上述假设下,竞选PMBLDC电动机可以表示为 在哪里,,,,每个阶段的自身电感在亨利,,,,,五个阶段之间的相互电感在亨利,每阶段的等效电感亨利,,,,,是电阻欧姆的五个阶段,每阶段是有效的行线欧姆电阻,,,,,的线间电压伏,,,,,每个线圈的阶段电流安培,然后呢,,,,在volt梯形反电动势。竞选过程的性能分析PMBLD电动机是基于时域数学模型。在这些电压,电流和总功率损耗的输入功率和输出功率所示(3)- (4)。机械转矩输出显示为(6),电机效率显示为(7):

3所示。竞选过程的二维有限元模型PMBLDC马达

竞选过程的模型PMBLDC电动机由麦克斯韦建立和分析软件。起初,根据控制系统的要求,主要技术参数的竞选PMBLDC电动机可以优化的,表中给出1。然后,二维有限元模型建立了麦克斯韦2 d软件,如图2。最后,空载和负载的竞选PMBLDC电机的瞬态模块进行了计算和分析麦克斯韦2 d。

3.1。控制电路系统

作出准确的仿真分析,采用麦克斯韦电路编辑模块在Ansoft软件建立外部电路模型和完整的有限元模型和几何模型,建立了(6]。控制电路系统推动了竞选PMBLDC电机主要是由模型的驱动电路和电源转换器。控制电路系统图所示3。在这里,V138和V139是电压源;D140 D151, D169 D172, D175 D178是二极管;S_52 S_57, S_67、S_68 S_73,和S_74电压控制开关;V120 V125和V218 V221脉冲电压源;IVC1 IVC10安培计的问题;MOSFET功率可控开关和二极管应用于模拟硅可控开关设备在实际的竞选PMBLDC电动机电路。二极管的串联与可控开关用于设置实际的电压降。此外,需要十个二极管随心所欲的二极管。电压脉冲电压源、地面米,电阻应用于驱动电路模型。

3.2。有限元网格系统

以确保磁路计算的准确性和磁场分析,有限元网格细分了手动模式。被划分为22146个单位的磁场内选择的方法和表面近似(7- - - - - -9]。整个细分模型和局部放大模型图所示4(一)和4 (b),分别。有限元网格的细分相对均匀分布在整个,和网格细分领域有更高的密度,磁场相对强劲,变化极大,气隙等部分。因此,有限元网格的细分可以达到预期的效果,满足有限元计算的准确性。

4所示。结果和讨论

竞选过程的二维瞬态仿真模型PMBLDC电动机和三相PMBLDC电动机Crouzet在麦克斯韦2 d建模模块软件,即Ansoft麦克斯韦。两个汽车的评级列在下表中2。

4.1。电磁场分析

磁线的分布在23个女士竞选过程的瞬态仿真时间电动机和三相电动机。同样,竞选和三相电机的磁通密度是女士在21和25 ms。结果如图5和6,分别。从图,红色的磁力线是正极端,蓝色的磁力线是负极端,还有通量在定子槽泄漏。图5使磁线的分布在三个——竞选PMBDLDC马达。是见过,在三相电动机磁通线占领的区域对于一个给定的角位置更创造更多的滞留损失,但在五相电动机磁通线的地方对于一个给定的角位置比较小,从而生成低滞留损失。此外,周围的通量分布气隙边缘不均匀在三相电动机相比,竞选PMBLDC马达。图6表明,磁通密度较高的磁轭部分定子和展品更深的颜色,结果从永久磁铁。通过分析磁场的分布,内部复杂的具体分布磁场的电动机和磁饱和情况可以确定每个部分的工作提供更好的理论基础来优化电机的结构。

4.2。分析的动态过程

空载和负载的感应电压的竞选PMBLDC电机进行仿真计算,仿真结果比较,如图7(负载)和图9(无负载)。图7表明,定子绕组感应电动势的负载电压分布非正弦的,大约不到空载电压。它给竞选过程的动态行为的感应电压电动机当装载0.2 Nm负载扭矩在1500 rpm。看到,电动机的速度下降33毫秒内从1500转到628转。感应电动势也从8.2 V至6.1 V峰值电压相绕组。

4.3。波形和讨论

三相的波形和竞选汽车运行在1500 rpm没有负载条件下所示。图8显示了电机的电流阶段表明当前的竞选电机三相电动机的1.2倍。同样,图9推断,竞选感应电压三相电动机的1.4倍。图10表明竞选三相电机的磁链是1.3倍。这两个汽车的汽车扭矩图所示11。看到,三相电动机的转矩变化从0.18到1.7 Nm /一个周期产生平均转矩为0.94海里。在竞选运动的情况下,从0.92到2.2 Nm扭矩变化一个周期产生的平均转矩1.56海里。这些结果表明,在竞选过程产生的转矩电动机运行在1500 rpm是1.6乘以一个三相电动机的转矩相同。从上面的转矩值,得出竞选电动机的转矩脉动是50.29%不到的三相电机,见图13。图12表明竞选滞留损失三相电动机的2.19倍。

5。结论

软件采用麦克斯韦2 d建立竞选过程的仿真模型无刷直流电机的有限元分析。电动机的瞬态和动态性能准确地完成。仿真结果表明,内部磁场分布是反映准确并进一步优化设计提供了理论依据。汽车的主要性能包括电磁转矩、速度、绕组感应电压,功率损耗,可以提供参考,以减少转矩脉动,提高起动转矩,使电动机的进一步优化设计。也表明,转矩脉动竞选PMBLDC电动机和三相同行相比很低。得出竞选过程中产生的平均转矩电动机运行在1500 rpm是1.6乘以一个三相电动机的转矩相同,竞选电动机的转矩脉动比三相电机低50.29%。虽然转矩波动的数量在这分析三相和竞选汽车不可取,这种分析方法将加强理论理解电机设计及其对发动机性能的影响。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

引用

1. a . Kusko和s . m .了“无刷直流电动机的定义,”IEEE工业应用学会学报88年年会(IAS),20 - 22,1988页。视图:谷歌学术搜索
2. j . r . Hendershot和t·j·e·米勒,无刷永磁电机的设计,牛津大学科学,1994。
3. t . Kenjo和s . Nagamori永磁无刷直流电机,1984年东京崇光百货电子。
4. l . Rui-Fang y邓军,h . Min-Qiang”磁场电路和运动耦合时间步进有限元分析永磁无刷直流电机,”中国电机工程学会学报》上,27卷,不。12日,59 - 64年,2007页。视图:谷歌学术搜索
5. m·a . Inayathullaah和r .安妮塔,“高级仿真模型的五个阶段PMBLDC马达驱动为低功率高扭矩的应用程序,“国际评估建模和模拟,5卷,不。5,2136 - 2145年,2012页。视图:谷歌学术搜索
6. 赵b和l .张宏Ansoft 12在工程电磁场的应用程序,中国水力出版,北京,中国,2010。
7. z . b .杨、z . y .黄和x h .张“模拟和分析开关磁阻电机起动性能的基于ansoft /麦克斯韦2 d,“微型电动机,42卷,不。8日,19日至22日,2009页。视图:谷歌学术搜索
8. 张w·e·l·魏,s . Jia-feng”计算和仿真的EMF和无刷直流电机的齿槽定位转矩,”哈尔滨理工学院杂志》上,38卷,不。2、297 - 300年,2006页。视图:谷歌学术搜索
9. f . j . Wang Wang和x,“设计和分析的电磁发电机高速的属性点,”中国电机工程学会学报》上,28卷,不。20日,第110 - 105页,2008年。视图:谷歌学术搜索

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