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文档简介
基于滑移界面耦合技术的旋转电机磁场仿真方法
1旋转电机有限元分析旋转电机广泛应用于现代电气工程中。电磁场棱边单元法作为一种通用的电磁场数值方法,常用于分析旋转电机问题,为电机的性能评估和优化设计提供了有力工具在采用棱边单元法分析旋转电机问题时,定转子间的网格会发生相对滑动,使有限元处理变得困难。局部网格重剖分方法Lagrange乘子法本文在文献2转子转动时,其转子对转速电机的影响如图1所示,将旋转电机分为定子当转子转动时,主域Ω3旋转电机当前时的构形,其转子旋转电机问题的静磁场控制方程的磁矢势形式为(式中×式中×在式(1～3)中,磁矢势=0(in为了建立含约束条件(3)和(4)的弱形式,引入标量乘子∫∫∫式中=0(在∂在接触面=弱形式(5)是基于旋转电机当前时刻的构形。由于考虑的是静磁场问题,所以转子的旋转只对构形产生影响,而不存在瞬态效应。设从域若考虑磁饱和问题,则材料线性假设不再适用,需采用非线性各向同性假设,磁感应强度式中式(9a)的非线性项可以表示为在并将式(11)进一步写为最后将式(12)代入式(9a),就完成了非线性问题的线性化过程。根据增量形式(9)以及当前解4有限元离散模型在建立旋转电机问题的弱形式后,采用有限元方法对其进行数值离散。4.14.1.1混合单元法的离散解决方案采用有限元方法将=式中4.1.2采用离散横截面法对滑移界面=式中4.2连续性条件7采用多点约束法施加连续性条件(7)。基于网格映射和插值技术,将=式中4.3对应基函数修改选取各个未知量的试探函数为对应的基函数,并将式(13～16)代入式(9),设当前时刻为第式中4.4单元循环循环(1)建立电机几何模型,并对主域(2)在当前时刻,根据从域(3)对所有单元进行循环。在每个单元的Gauss积分点处,根据当前磁感应强度(4)求解有限元方程(17),得到增量解Δ(5)若计算时间55.1旋转线圈模型图2为一个旋转线圈模型,包含内部的定子区域5.2转子转速仿真分析图5为一个简化的三相四极的永磁同步电机模型。模型包含外部的定子、内部的转子以及气隙三大部分,定子的外径和内径分别为0.04775m和0.028m,转子的半径为0.0275m。定子中的线圈部分通有三相电流U-V-W,电流大小是2.0×10对该永磁同步电机稳定工作时的磁场进行仿真分析。设定分析的总时间为0.04s,时间步长为0.001s,则根据转速公式可以求出转子的转速为157.08rad/s。如图5所示,定子和转子间的气隙区域有三层网格,沿其中一层气隙网格的分界线,将整个求解域分为包含定子的主域6非匹配网格区本文基于滑移界面耦合技术建立了一种旋转电机的磁场仿真方法,可以有效模拟电机旋转时出现不匹配网格的磁场问题。该方法不必在定转子区域的不匹配网格中施加树-余树规范,可自动保证磁矢势解的唯一性,从而克服了在非匹配网格中构造生成树的问题。
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