maxwell電機直觀理解


1.定轉子磁場夾角

在上一篇(https://www.cnblogs.com/dingdangsunny/p/14315798.html)中完成了不同電流下電流角的掃描,獲得了最佳電流角和最大輸出轉矩,那么這個角度到底代表着什么,下面直觀的分析一下。

上圖中兩個灰色的輪子一個是定子,一個是轉子。具體哪個做定子,哪個做轉子,隨意。所有電機的原理都是這么簡單!真的只有這么簡單,那就是:轉動其中一個輪子,另一個輪子就會跟着轉。很熟悉啊有木有,就是初中物理的講的“異性相吸”啊。(參考:http://m.elecfans.com/article/828608.html)

所有交流電機都是有一個旋轉的磁場帶動另一個磁場使之旋轉,那個旋轉的磁場就是三相對稱電流產生的。也就是外面那個磁鐵在轉,里面那個輪子跟着動。那么問題來了,從上面的兩張圖我們能得到一些什么結論呢?1. 磁鐵完全對着的時候(如第一張圖)電機轉不起來,因為吸引力只有徑向分享,沒有切向分量,轉矩為零;2. 磁鐵錯開一點的時候可以產生轉矩;3. 磁鐵錯開太多的時候吸引力又減小。所以它們之間需要保持一個合適的角度,來產生較大的力矩。

下面通過一個示例說明這一問題,模型是Maxwell Examples中的Maxwell 3D/Getting_Started/Rotational_actuator

這是一個靜磁場問題,它的樣子如下圖(其實我覺得這個官方示例就是用來說明這一現象的)

外側纏了線圈的鐵環可以看做定子,內部的鐵環可以看做轉子。

首先Analysis一下,觀察磁場矢量圖:

可以看到磁場在外圈是順時針方向的,經過氣隙和內圈形成閉合。

初始的角度是29°,這一點示例已為我們做好了參數化。

進行參數化掃描,以角度angle為橫軸,力矩為縱軸,繪出下圖:

可以看到,隨着角度增大,力矩先增大后減小,符合前面的分析。

2.Id和Iq

上一篇中(https://www.cnblogs.com/dingdangsunny/p/14315798.html#_label1_1)對Iq和Iq進行了掃描,需要補充說明的是,之前給出的Id和Iq的計算公式很復雜,其實在電流完全正弦,轉速恆定的情況下,Id和Iq是恆定值,如下圖。

其表達式為Id=Im*sin(th),Iq=Im*cos(th)

推導計算如下:

syms Im time th fs
Ia=Im*sin(2*pi*fs*time+th);
Ib=Im*sin(2*pi*fs*time+th-2*pi/3);
Ic=Im*sin(2*pi*fs*time+th+2*pi/3);

pos=2*pi*fs*time;

Id=2/3*(Ia*cos(pos)+Ib*cos(pos-2*pi/3)+Ic*cos(pos+2*pi/3));
Iq=2/3*(Ia*sin(pos)+Ib*sin(pos-2*pi/3)+Ic*sin(pos+2*pi/3));
simplify(Id)
simplify(Iq)

這里的pos是轉子位置角,且是電角度。

3.關於機械瞬態

上次仿真得到的那個(https://www.cnblogs.com/dingdangsunny/p/14315798.html#_label0_2)轉速是等幅振動,因為只設置了負載轉矩,沒有設置Damping,這里進行了設置,可以看到轉速逐漸穩定的趨勢。

同步轉速1800rpm。為了盡快觀察到轉速波動,轉動慣量設的很小,其他設置也不一定合理。有待進一步深入學習。


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