永 磁 同 步 电 机 瞬 态 位 置 关 系 仿 真 2018/10/31 Xu 

若对电机进行运动分析，则须采用瞬态场（transient）域，并且 需要设置 assign band（运动域），进行相应的运动设置（motion setup）。 电机的运动形式主要分为直线运动和旋转运动。 一、对于直线运动，以广泛使用的直线电机为例，作具体阐述。 直线电机 band 设置有个原则，即要确保动子在运动过程中，不 要超过 band 的范围。另外，除了指定 band，还需要用一个空气包贴 着动子表面，将动子包住。显然，band 尺寸要比空气包尺寸大。最 后，不要忘记再用一个大大的空气包，将所有模型包住，以使得求解 域连通。 直线电机指定 band 后，还需要设置 initial position 和运动界限（即 指定 negative 和 positive 数值）。initial position 是指动子的初始位置， 是以画图的位置作为 0 参考位置。initial position 为 0，则意味着动子 初始位置如画图的位置，保持不动。若设置初始位置为正值，则意味 着动子的初始位置为，沿画图的位置向坐标轴正方向移动该数值后的 位置。negative 和 positive 也是以图中的位置作为 0 参考位置，动子 沿坐标轴负向和正向移动的位移。 二、对于旋转运动，以广泛使用的同步电动机为例，作具体阐述。 对所建模型中转子所在的位置，逆时针旋转某一角度，使得电 机 A 相绕组通正向电流产生的磁场方向与转子磁场方向反向。之所 以是反向而不是重合，是因为 ansoft 默认电机采用电动机惯例，也就 是 电 流 和 反 电 动 势 反 向 。 而 该 角 度 ， 就 是 转 子 初 始 位 置 角 （initial position）。所谓 A 相绕组通正向电流，即 A 相带电流方向 

为流出（正方向 positive），X 相带电流方向为流入（负方向 negative）。 至于 A 相绕组通正向电流产生的磁场方向，可使用右手螺旋定则判 定。此时指定的转子初始位置角，使得 A 相初始时刻交链的磁通为 最大值，因此 A 相初始时刻感应电势大小为 0，进一步分析还可以得 出，A 相初始时刻感应电势相位也为 0。因此 A 相感应电动势表达式 为 EA=Em*sin（ωt），其他两相可依据三相对称关系写出。 转子初始位置角确定以后，激励源初始相位角要与其匹配才行。 根据电机学基本原理，对发电机，空载感应电动势超前于电压一个角 度，该角度就为功角（δ）。对于电动机，则为滞后关系。因此，若 所仿真模型为电动机（发电机），施加激励源为电压源时，那么 A 相电压源表达式应为 UA= Um*sin（ωt+δ）（对发电机：UA= Um*sin （ωt-δ）），其他两相可依据三相对称关系写出。 若为电动机，则电压源初始相位角即为功角。若为发电机，施加 激励源为电流源，且为感性（容性）负载，则在负功角基础上再减去 （加上）功率因数角，所得角度就是电流源初始相位角。若为电动机， 施加激励源为电流源，且为感性（容性）负载，则在正功角基础上再 减去（加上）功率因数角，所得角度就是电流源初始相位角。 三、有关说明： 1、对于旋转运动，本帖所述方法具有很广的适用范围，可适用于所 有类别的同步电机，诸如汽轮发电机，水轮发电机，永磁同步电机， 爪极电机，感应子电机，等等。 

2、也可以不按照本帖中默认的转子位置角及激励源初始相位角进行 设置，但无论怎样，二者一定要相匹配，即转子在空间上转动多少电 角度，那么电压或电流在时间上也应转动相应的电角度。 3、如果转子初始位置角和激励源初始相位角不匹配，那么仿真所得 到的电流，转矩，功率曲线都是错误的，而反电势和电压是不受影响 的，其中道理不难理解。 4、本贴是基于 sin 函数施加激励，也可以采用 cos 函数，但转子位置 角需要在本帖所述方法基础上，移动 90 度电角度。 5、不建议采用电流源，因为对于二维模型，若施加电流源且导线形 式设置为多股（stranded），则无法计及电机绕组和端部电感。若导 线形式设置为单股（solid），虽然可计及电阻，但与电机多股导线实 际情况不符。 6、附件为基于 Ansoft 14 版本，电励磁同步电动机和发电机 rmxprt 及 maxwell 模型。在转子初始位置角及电压源初始相位角匹配的前提 下，分别设置了两组不同转子初始位置角及相应的电压源初始相位角， 仿真结果表明，本贴研究结论正确。