电机交直轴电感仿真分析规范

电机交直轴电感仿真分析规范目录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 建模 26.2 激励源设置 36.3 电感参数计算 37 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电机交直轴电感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PMSM（永磁同步电机），不适用于直流电机、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电工术语旋转电机术语术语和定义可参照GB/T2900.25执行。直轴交轴在永磁同步电机的控制中，为了得到类似直流电机的控制特性，对ABC三相电流进行派克变换（附录A），将三相电流投影到转子上形成新的坐标系，电机的直轴交轴即对应该坐标系的直轴（D轴）和交轴（Q轴）。在派克变换坐标系下，沿着磁场的方向为D轴，垂直于磁场的方向为Q轴。图1DQ轴及其方向（示例）电枢反应（GB/T2900.25中411-49-01）电枢绕组电流所产生的磁势，或广义地说，是由该电流所造成的气隙磁通的变化。电流的直轴分量（D轴电流）（GB/T2900.25中411-49-05）产生电枢反应磁势直轴分量的电流分量。电流的直轴分量（Q轴电流）（GB/T2900.25中411-49-06）产生电枢反应磁势交轴分量的电流分量。直轴（D轴）电感当转子直轴与定子轴线重合，定子的电感即为直轴电感。交轴（Q轴）电感当转子直轴与定子轴线重合时，将转子偏转90度电角度，此时定子磁场与转子极间轴线正对，即磁路中不存在永磁体。在此位置下测得的电感称为交轴电感。相电感电机定子某一相的电感加上另外其他相的互感即相电感。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》，应提供电机最大允许电流Imax（相电流有效值）。分析流程静态场分析，包括以下内容：转子D轴对准A相轴线；定义电流源激励；输出参数，计算DQ电感；扫描不同电流下DQ电感变化。建模建模过程参照《电机转矩、损耗与效率仿真分析规范》中6.1及6.2，确保转子D轴对准A相轴线，并正确建立三相绕组。激励源设置绕组激励采用电流源激励，A相输入电流为相电流幅值（相电流有效值的2倍），B相和C相输入电流为A相电流的一半大小且方向相反。施加电流时，应确保A相绕组磁场方向与转子D轴磁场方向相反。电感参数计算设置三相输入电流为扫描参数，从0到Imax扫描，输出DQ电感关于电流的变化曲线。电感计算方法可分为矩阵法和磁通法。图2Ldq-I曲线电感矩阵法参考附录A，根据定子电感矩阵进行派克变换从而得出DQ电感，矩阵法输出电感可按表1进行计算。表1输出参数名称关系式单位电机极对数P/初始转子位置iniPos（机械位置）deg转子电位置pos=iniPos*Pdeg\cos0=cos(pos)/\cos1=cos(pos-2*PI/3)/\cos2=cos(pos-4*PI/3)/\sin0=sin(pos)/\sin1=sin(pos-2*PI/3)/\sin2=sin(pos-4*PI/3)/\Lad=L(PhaseA,PhaseA)*cos0+L(PhaseA,PhaseB)*cos1+L(PhaseA,PhaseC)*cos2H\Laq=L(PhaseA,PhaseA)*sin0+L(PhaseA,PhaseB)*sin1+L(PhaseA,PhaseC)*sin2H\Lbd=L(PhaseB,PhaseA)*cos0+L(PhaseB,PhaseB)*cos1+L(PhaseB,PhaseC)*cos2H\Lbq=L(PhaseB,PhaseA)*sin0+L(PhaseB,PhaseB)*sin1+L(PhaseB,PhaseC)*sin2H\Lcd=L(PhaseC,PhaseA)*cos0+L(PhaseC,PhaseB)*cos1+L(PhaseC,PhaseC)*cos2H\Lcq=L(PhaseC,PhaseA)*sin0+L(PhaseC,PhaseB)*sin1+L(PhaseC,PhaseC)*sin2HD轴电感Ld=(Lad*cos0+Lbd*cos1+Lcd*cos2)*2/3HQ轴电感Lq=(Laq*sin0+Lbq*sin1+Lcq*sin2)*2/3H注：加粗字体为内置函数，L(PhaseA,PhaseA)表示A相自感，L(PhaseA,PhaseB)表示AB两相互感。磁通法根据磁通和电流的关系式：L=dA相电感可根据A、B两相的磁通及电流来计算，如下式：L图3不同电流对应的电感曲线根据DQ电感的定义，当D轴对准A相轴线时，A相电感最小；当转子旋转90°电角度，Q轴对准A相轴线时，A相电感达到最大。因此，扫描出不同电流下、不同转子位置时的A相电感，根据图3曲线的最大和最小值，可以输出不同电流对应的DQ电感。设置绘图应输出DQ电感关于相电流的变化曲线（如图2）及列表。分析数据处理及结果评价数据处理根据6.3.3输出相关参数及绘图。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派克变换派克变换（也译作帕克变换，英语：Park'sTransformation），是目前分析同步电动机运行最常用的一种坐标变换，由美国工程师派克（R.H.Park）在1929年提出。派克变换将定子的ABC三相电流投影到随着转子旋转的直轴（d轴），交轴（q轴）与垂直于dq平面的零轴（0轴）上去，从而实现了对定子电感矩阵的对角化，对同步电动机的运行分析起到了简化作用。附图1派克变换-旋转坐标系变