Maxwell與Simplorer聯(lián)合仿真方法及注意問題

1、三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的協(xié)同仿真模型實(shí)驗(yàn)分析本文所采用的電機(jī)是參照 Ansoft 12在工程電磁場中的應(yīng)用一書所給的使用RMxprt輸入機(jī)械參數(shù)所生成的三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，并且由 RMxprt的電 機(jī)模型直接導(dǎo)出2D模型。由于個(gè)人需要，對電機(jī)的參數(shù)有一定的修改，但是使 用Y160M-4的電機(jī)并不影響聯(lián)合仿真的過程與結(jié)果。1.1 Maxwell與Simplorer聯(lián)合仿真的設(shè)置1.1.1 Maxwell端的設(shè)置在Maxwell 2D模型中進(jìn)行一下幾步設(shè)置:第一步，設(shè)置Maxwell和Simplorer端口連接功能。右鍵單擊 Model項(xiàng)，選擇Set Symmetry Multiplier項(xiàng)，如圖

2、1.1所示，單擊后彈出圖1.2的對話框圖1.1查找過程示意圖Trwsi frnt SolutionMaterial sholds | Symii-lry Mui tipiier AAvan.c ed Prcduct C onpl ingMod虹 口qthBackgroundR Eziabl e tr ansi ent- tr mi si ent Link with Sim取消圖1.2設(shè)計(jì)設(shè)置對話框在對話框中，選擇 Advanced Product Coupling項(xiàng)，勾選其下的 Enable tr-tr link with Sim 。至此，完成第一步操作。第二步，2D模型的激勵(lì)源設(shè)置。單擊 E

3、xcitation項(xiàng)的加號，顯示Phase A Phase B Phase C各項(xiàng)。雙擊Phase A項(xiàng)，彈出如圖1.3所示的對話框。圖1.3A相激勵(lì)源設(shè)置在上圖的對話框中，將激勵(lì)源的Type項(xiàng)設(shè)置為External,并勾選其后的Strander,并且設(shè)置初始電流 Initial Current 項(xiàng)為 0。Number of parallel branch項(xiàng) 按照電機(jī)的設(shè)置要求，其值為1。參數(shù)設(shè)置完成后，點(diǎn)擊確定退出。需要說明的一點(diǎn)是，建議在設(shè)置 Maxwell與Simplorer連接功能即第一步之 前，記錄電壓激勵(lì)源下的電阻和電感。事實(shí)上，這里的電組和電感就是Maxwell2D計(jì)算出的電機(jī)的

4、定子電阻與定子電感。這兩個(gè)數(shù)據(jù)在外電路的連接中會(huì)使用 到，在后面會(huì)詳細(xì)說明。至此，Maxwell端的設(shè)置完畢。1.1.2 Simplorer 端的設(shè)置Simplorer端的設(shè)置,主要是對電機(jī)外電路的設(shè)置，具體的電路會(huì)在空載實(shí)驗(yàn)和額定負(fù)載實(shí)驗(yàn)中詳細(xì)給出，這里不再贅述1.1.3 聯(lián)合仿真時(shí)間的設(shè)置聯(lián)合仿真時(shí)，Maxwell和Simplorer同時(shí)運(yùn)行，程序按照各自設(shè)定的時(shí)間和步 長運(yùn)行。其中Simplorer是主動(dòng)者，Maxwell是被動(dòng)者，當(dāng) Maxwell運(yùn)行完畢但 Simplorer尚在運(yùn)行時(shí)，Maxwell將重新運(yùn)行，與 Simplorer進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在實(shí) 踐中，發(fā)現(xiàn)仿真時(shí)間的設(shè)置對結(jié)果

5、有一定的影響。例如，將二者仿真時(shí)間和步長設(shè)置相同的話，仿真的結(jié)果就不正確。在反復(fù)試驗(yàn)的前提下，得到如下經(jīng)驗(yàn)：將Simplorer的時(shí)間和步長設(shè)置長一些，將 Maxwell的時(shí)間和步長設(shè)置短一些，這 樣實(shí)驗(yàn)的結(jié)果就接近正確值。1.1.4 2D模型的導(dǎo)入2D模型的導(dǎo)入Simplorer中的步驟，如圖1.4所示I臼M7 七1 、 口ixasxian Womoi hnit SJDfl R.一 Qpaiiji：l M喇 ， KeWisEkdogb b&KiM、S«EMVir ill ICal i-Dw i<3Add的&-x C>l"ta 奮b*M d R&

6、#39;-nC dhvc p-n.ArildwErikaAdd -Sbm Soaca Cxmoianrt- 附If ternsrlMd HHD CMvpuwi: .具.圖1.4導(dǎo)入步驟點(diǎn)擊以后，會(huì)彈出圖1.5所示的對話框M«i jewel I T ro ns iicnt-T ra ns i ent c o>u plin9Link 。巨虧CTl*til©n | Up-ti. ons | J_xi£.om a.ti oit |H*n *|MkTr ftnl,r«t ft-"Stl ActionSourrsFiL |Otv-taJ.li D e

7、si gn I±if c'nia.tiati.Des 1 百el Tjci£oD4E iE Zt)Desi p)SollLltl 43確定 I欣消 I圖1.52D導(dǎo)入對話框其中File項(xiàng)是指待添加Maxwell 2D模型的位置，下面的選項(xiàng)是選擇2D模型還是3D模型，Solution項(xiàng)是選擇對應(yīng)的TR。1.2 空載實(shí)驗(yàn)協(xié)同仿真分析1.2.1 Simplorer 電路設(shè)置空載實(shí)驗(yàn)的電路圖如圖1.6所示圖1.6空載實(shí)驗(yàn)電路設(shè)置圖外電路的確定主要是通過以下幾個(gè)步驟：電源電壓不能直接與電機(jī)的三相輸入端口直接相連，通過查閱資料得知, 需要在線路上添加電阻或電感器件。實(shí)驗(yàn)初始，加

8、入小電阻，相當(dāng)于電源的內(nèi)阻， 在外電路設(shè)置的基礎(chǔ)上可以運(yùn)行。三相輸出連接在一起，接地與不接地不影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，這個(gè)是通過對比 驗(yàn)證得出的結(jié)論。MotionSetup1端口，是在2D模型中Model項(xiàng)的修飾部分,在生成2D模 型時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定。經(jīng)過對比實(shí)驗(yàn)，得出如下結(jié)論： 如果MotionSetup1輸入端 口接入轉(zhuǎn)速源，改變轉(zhuǎn)速源的參數(shù)值不影響電機(jī)的輸出變化；如果MotionSetup1輸入端口接地，電機(jī)的輸出結(jié)果與加入轉(zhuǎn)速源的輸出結(jié)果是一致的，因此， MotionSetup1輸入端口不管接什么類型的源， 均不影響電機(jī)的輸出結(jié)果。但是在 2D模型中改變MotionSetup1的話，輸出將隨著輸

9、入的不同轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，于是 就知道MotionSetup1輸入端口取決于2D模型中的設(shè)定，跟 Simplorer中的連接 方式?jīng)]有任何關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，選定Simplorer中MotionSetup1輸入端口接地。對于MotionSetup1.out的設(shè)定也是通過對比實(shí)驗(yàn)來確定：在其他外電路連接完全相同的條件下，輸出端口接地和接轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的電機(jī)定子電流如圖1.7和1.8所示：motor 皿mim-JO.M 倒L&4 _漳的TWwrral：S：iE JM.i29O圖1.7 輸出端口接地的定子電流圖-JO.0Omotor cum ntdqGba 4.&ose曲小Tmrbl 皿0 ZO

10、3S -；，啕圖1.8輸出端口接轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的定子電流圖通過對比可以看出，接地的定子電流穩(wěn)定的要快，而接轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的定子電流 穩(wěn)定的要慢，但是和原來的導(dǎo)入 RMxprt模型實(shí)驗(yàn)和自帶電機(jī)模型試驗(yàn)的定子電 流圖保持一致。也就是說，加入轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以后，電機(jī)會(huì)仿真起動(dòng)過程，這就是先 前的實(shí)驗(yàn)中為什么要加入轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 MASS ROT的原因了。本實(shí)驗(yàn)最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是對電阻和電感數(shù)值的選取。a、先前在線路中只加入一小電阻，考慮作為電源內(nèi)阻的功能，但是出來的 定子電流相當(dāng)不理想，如圖1.9所示。祠麗金猛jad DO/遍蝕媼 06Tinwg|MX1 27D27D3ZDO1961 卬硒3圖1.9單純加入小電阻的定子電流

11、圖從上圖看出，雖然三相電流最終達(dá)到穩(wěn)定，但是明顯不符合要求：A相電流太大，B、C相電流相對較小，而且還是負(fù)值，這與理想中的空載電流相差很大。b、如果加入小電阻和小電感，電流的波形與圖1.9相差不大。c、在前兩組實(shí)驗(yàn)中，得到的結(jié)論是線路的電阻和電感不能隨意設(shè)定，必須設(shè)置合適的參數(shù)才能得到正確的結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，考慮將電阻值設(shè)定為電機(jī)的定子電阻值，將電感值設(shè)定為定子的漏感。執(zhí)行新的實(shí)驗(yàn)方案，得到了正確的波 形?？偨Y(jié)以上幾點(diǎn)的分析，并結(jié)合一定數(shù)量的實(shí)驗(yàn)，得出圖 1.6電機(jī)的空載實(shí)驗(yàn) 原理圖：A、B、C為三相電壓，有效值為 220V,相位依次相差120 ; R1、R2、R3為電機(jī)的定子電阻，值為0.9

12、21989Q; L1、L2、L3為定子側(cè)的漏電感，值為0.00777424H;電機(jī)的三相輸入接電源，三相輸出連接在一起，MotionSetup1輸入端口接地，輸出端口接電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，值為 0.0968218 kg nf。至此，線路連 接完畢。6.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1、定子相電流波形如圖1.10所示。眈g-BCuMi-200 00motor cbrront從圖中可以看出，電機(jī)在0.8s左右完成起動(dòng)過程，此后穩(wěn)定在空載狀態(tài)，空載電流的有效值為2.43A。與RMxprt的空載電流2.40252A相比，差距不大2、電機(jī)轉(zhuǎn)速圖如圖1.11所示60 90圖1.10空載實(shí)驗(yàn)定子相電流波形motor sp

13、ftftd電機(jī)開始啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速逐漸上升，最終穩(wěn)定在1500rpm。1.3突加突卸負(fù)載的協(xié)同仿真式2二15父皿-iiWW.gR flOaflO -g 陽 oo 圖 1.11電機(jī)的轉(zhuǎn)速圖1.3.1實(shí)驗(yàn)原理圖實(shí)驗(yàn)原理如圖1.12所示。3W g盹gIto 11叩士用ItoHi*理rrelrrtonro241FEA1IT7TNFEAim THFEAim TH口如iJoilSo2M，zEj.ia '地<i(jrig M圖1.13 突加突卸實(shí)驗(yàn)定子相電流圖從圖中可以看出，在02s時(shí)電機(jī)完成起動(dòng)并穩(wěn)定在空載狀態(tài)； 在2s時(shí)加入 負(fù)載時(shí)，定子電流開始上升，最終在穩(wěn)定的負(fù)載狀態(tài)；在 3s時(shí)卸去負(fù)載，電流 開始下降，最終回到空載狀態(tài)。2、電機(jī)轉(zhuǎn)速如圖1.14所示圖1.12突加突卸負(fù)載實(shí)驗(yàn)原理圖實(shí)驗(yàn)中，01s時(shí)電機(jī)完成起動(dòng)并穩(wěn)定在空載狀態(tài)；在 2s時(shí)加入負(fù)載，負(fù)載 轉(zhuǎn)矩為24 N m, 12s電機(jī)處于負(fù)載狀態(tài)；在3s時(shí)卸去負(fù)載，電機(jī)處于空載狀 態(tài)，仿真時(shí)間為4s。6.3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1、定子相電流圖如圖1.13所示motor cuirrent我用恰 當(dāng)噌口闡.40 DO心皿nlu于臥1 IT3府也崎一如也=J±T" - =_F