电机反电动势优化仿真分析规范

电机反电动势优化仿真分析规范目录1 范围 12 规范性引用文件 13 术语 14 软件设施 25 输入数据 26 分析流程 26.1 空载反电动势计算及傅里叶级数分解 26.2 优化方案 46.3 优化分析 46.4 设置输出绘图 57 分析数据处理及结果评价 57.1 数据处理 57.2 结果评价 57.3 分析报告 5附录A 6电机反电动势优化仿真分析规范范围本规范规定了电机电磁仿真分析的要求，用以规范仿真工程师对永磁电机有限元分析时电机模型和参数设置，以提高电机有限元分析的一致性。本规范仅针对同步电机，不适用于感应电机及磁阻电机。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。电机电磁仿真建模规范电机转矩、损耗与效率仿真分析规范GB/T2900.25-2008电工术语旋转电机GB/T14549-93电能质量公用电网谐波术语术语和定义可参照GB/T2900.25执行。反电动势在定子绕组线圈驱动永磁转子作跟随磁场旋转的同时，永磁转子的磁场也在对绕组线圈做切割磁感线运动，因此绕组线圈会感应产生反电动势。对于电动机而言，为保持电机正常运行，必须保持绕组两端的电源电压大于反电动势，才能保证电流输入做功，否则电机无法对外输出功。空载反电动势空载反电动势E0是由永磁体在气隙中产生的空载气隙磁通旋转过程中电枢绕组中感应而产生的，是设计永磁同步电动机时一个非常关键的参数。（高次）谐波对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称之为高次谐波。基波是指其频率与工频（通常为50Hz）相同的分量。谐波含量从交流量中减去基波分量后所得的量。软件设施本规范推荐采用AltairFlux12.0及以上版本作为电磁仿真建模及分析软件。输入数据电机交直轴电感仿真分析仅输入条件应满足《电机电磁仿真建模规范》及《电机转矩、损耗与效率仿真分析规范》。分析流程瞬态分析，基本流程同《电机转矩、损耗与效率仿真分析规范》，包括以下内容：（优化前）E0计算及FFT分解；优化方案选择及建模；（优化后）E0计算及FFT分解；优化方案评价、迭代；最终优化方案转矩、损耗与效率分析。流程图如下：图1反电动势优化流程空载反电动势计算及傅里叶级数分解空载反电动势计算采用电流源激励，设置激励电流Im=0，按照《电机转矩、损耗与效率仿真分析规范》流程进行计算（空载不需要对功率角θ进行扫描），输出三相线反电动势，取其中一项进行分析。图2线反电动势曲线（示例）傅里叶级数分解得到如图2曲线后，可以导出曲线，使用Matlab或Python进行分解，得到谐波电压含量（公式按附录A）。也可以采用软件内置的FFT函数，输出各频率下谐波电压分量Eh和总谐波畸变率THDe，以此计算谐波含量。图3（FFT分解）基波和高频谐波畸变率（示例）（各高次谐波项相加得THDe）图4（FFT分解）基波谐波电压（幅值）分量（示例）（各高次谐波项相加得EH）优化方案针对消除谐波含量，一般常用的方式有以下几种：转子磁路优化，永磁体的布置形状和位置以及隔磁桥宽度调整；定子磁路优化，槽口优化等；气隙优化，调整气隙宽度或采取非均匀气隙；采用斜槽，或者加大斜槽角度；斜磁极，充磁工艺调整。优化分析优化后的方案需要重新建模，按照6.1重新计算，输出E0及谐波含量，进行对比和评价。A优化前B优化后图5（优化前后）线反电动势对比（示例）取最终优化方案，按照《电机转矩、损耗与效率仿真分析规范》进行分析，输出各项电机性能指标，与优化前电机性能指标作对比。表1输出参数名称关系式单位空载线反电势E0（有效值，三相平均）V空载谐波含量EH（有效值）V总谐波畸变率THDe%额定转矩T（平均值）N·m转矩脉动ΔT/T（转矩峰峰值与平均值之比）%铁耗Pi（平均值）W涡流损耗Pm（平均值）W相电流IrmsA输出功率Pout=T*ω=T*Rm*pi/30≈T*Rm/9.55W铜损Pcu=3*Im^2*RW输入功率Pin=Pout+Pcu+Pi+Pm（不计风摩和杂散损耗）W电机效率Eff=Pout/Pin%设置输出绘图同《电机转矩、损耗与效率仿真分析规范》，应输出线反电动势-时间曲线（图2）、各频率下基波和高频谐波含量（图3）以及各频率下基波谐波电压分量（图4）。分析数据处理及结果评价数据处理根据表1输出相关参数，根据图2至图4输出相关绘图。结果评价评价标准：电机性能指标应满足整车开发中VTS及STSS性能要求，同时应满足电机型式试验定型要求。分析报告分析报告统一为PPT格式的文档，其报告内容如下：分析目的；分析模型概述；分析工况；分析结果；分析结论；分析建议。附录A谐波术语的数学表达式（GB/T14549-93）第h