Ansys Maxwell在感应电机堵转与起动仿真中的应用

1）感应电机堵转仿真

● 感应电机的堵转仿真用于计算其堵转转矩和堵转电流，校核电机起动性能

● 堵转仿真设置

- 转速设置为0

- 设置三相电压源

● 堵转仿真目的和方法

- 目的1：计算起动瞬间最大电流

- 方法：常规瞬态仿真1个同步周期

- 目的2：计算稳态堵转电流、短路阻抗(短路试验)

- 方法1:开启Fast Reach和Auto Detect功能，常规瞬态仿真直到接近收敛，一般需要几十个同步周期（支持铁损对场的影响）

- 方法2:采用周期性TDM自动收敛，只需一个或半个同步周期直接达到稳态（不支持铁损对场的影响）

2）TDM设置

● 使用TDM需要进行两处设置

- HPC设置

- TDM设置

3) HPC设置

● 设置方法

- 勾选Use Automatic Settings

- Num variations distribute → 设置TDM并行扫参数

- Cores→ 设置调用的核心数，最大可设置为逻辑处理器核心数

● 推荐设置

- 协调Timesteps和Cores

- 使Timesteps /(Cores-1)=整数

- 注意:由于Periodic TDM同时对所有时间步进行求解，因此必须确保可用内存大于每个时间步消耗内存*时间步数，并留20%左右余量

4）TDM的两个选项

● GeneralTransient常规瞬态求解

- 支持任意的瞬态模型

- 这是最灵活的方法，支持涡流效应

- 可以同时使用快速达到稳定设置“fast reach steady state”

● Periodic周期性模型

- 直接达到瞬态稳定状态

- 如果求解是周期性的，可以使用分布式任务求解一个完整的周期(而且只需要求解一个)

5）周期/半周期TDM

● 周期TDM

设置仿真时间为一个或多个周期，软件只需计算一个周期，直接输出所有周期结果，并直接达到瞬态稳态，典型应用是同步电机的短路分析，感应电机堵转分析

● 半周期TDM

设置仿真时间为半个周期，软件只需计算半个周期，直接输出一个完整周期结果，典型应用是快速计算同步电机的稳态工况

6）方法

● 方法一：常规瞬态仿真，单核计算单任务

- 仿真40个电周期后转矩趋于稳定，计算时间:3min48sec

● 方法二：使用周期TDM

- 只需仿真一个电周期，直接达到稳态，计算时间:0min57sec

● 方法三：使用半周期TDM

- 只需仿真半个电周期，软件自动给出稳定后一个完整电周期的结果，计算时间:0min21sec

7）结论

利用周期性TDM功能可大幅降低感应电机堵转工况仿真时间，且精度可靠。

2. 起动过程仿真

1）起动仿真设置

● 激活考虑机械瞬态功能

- 初始速度:从0rpm开始起动

- 转动惯量:RMxprt根据转子质量和直径自动计算

- 阻尼系数:(机械损耗+铁损)/角速度的平方，RMxprt

- 可自动计算

- 负载转矩

if(speed<121.453,-0.482522*speed,-7117.64/speed)

Speed:转速，弧度/秒

解释:当转速小于121.453时，负载转矩等于0.482522*speed(与转速成正比)；当转速大于等于121.453时，负载转矩等于-7117.64/speed(恒功率负载，功率为7117.64W)

2）求解并查看结果

● 转矩和转速

● 转矩和转速曲线

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