無刷直流電機系統(tǒng)場路耦合法設(shè)計實驗研究
摘要：針對無刷直流電機的工作特性，在電磁設(shè)計基礎(chǔ)上，提出一種基于場路耦合法的無刷直流電機系統(tǒng)分析與設(shè)計方法。該方法建立在無刷直流電機電磁場有限元分析模型和電氣控制系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上，即通過電磁場與 電氣系統(tǒng)的耦合協(xié)同仿真分析，精確設(shè)計無刷直流電機系統(tǒng)。
在此基礎(chǔ)上建立了對應(yīng)的實驗系統(tǒng)。實驗結(jié)果與分析結(jié)果一致，表明該分析設(shè)計方法的正確性和可實現(xiàn)性。
關(guān)鍵詞：無刷直流電機；電磁設(shè)計；場路耦合法；有限元分析；實驗
O引 言
實現(xiàn)無刷直流電機系統(tǒng)的精確設(shè)計，除了通過有限元電磁場方法對電機進行電磁優(yōu)化設(shè)計外，還必須在設(shè)計之初考慮控制器與電機的耦合作用，對控制器作用下無刷直流電機系統(tǒng)性能進行預(yù)測。
目前對于無刷直流電機系統(tǒng)設(shè)計較多采用電磁場分析，以實現(xiàn)電機本體的優(yōu)化設(shè)計，但難以甚至無法實現(xiàn)控制器作用下電機系統(tǒng)的運行性能分析。場路耦合法通過將電機電磁場分析模型和控制系統(tǒng)模型相結(jié)合，并采用時步法的準穩(wěn)態(tài)場一路結(jié)合的求解方式，可深入研究無刷直流電機系統(tǒng)各部分間的相互耦合關(guān)系和耦合因素，因而為無刷直流電機系統(tǒng)的準確設(shè)計與性能分析提供了有效的手段。本文針對風機用無刷直流電機系統(tǒng)，首先通過電磁場分析完成電機本體的優(yōu)化設(shè)計，進而建立了包括電機電磁場有限元分析模型和控制系統(tǒng)仿真模型，利用simplorer+Maxwell 2D進行場路耦合法協(xié)同仿真，準確地預(yù)測了所設(shè)計無刷直流電機系統(tǒng)運行特性。相同條件下實際系統(tǒng)的實驗運行進一步驗證了本設(shè)計方法的正確性。
1無刷直流電機電磁優(yōu)化設(shè)計
1．1電機基本參數(shù)
所設(shè)計無刷直流電機性能指標如下。額定功率200 w；****功率250 w；額定電壓12 V；轉(zhuǎn)速范圍1 500 r／min~3 000 r／min,效率不低于85％。
電機主要尺寸可按下式考慮
式中，Di1為定子內(nèi)徑；Lef為定子長度；nN為額定
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