以静代动有限元原理及其在凸极类电机中的应用

摘要

凸极类电机磁场分布及其参数与位置角密切相关,若每一位置分别建立模型则计算量急剧增大.论文将电机转子、定子和邻近空气分为两个不同的子区域,以间隙中线为区域分界线,采用有限元法剖分,强使分界线上剖分节点均匀分布且分别单独存在于子区域中.若将分界线上单独节点的自由度对应地耦合,则转子处于某一位置并可求解;反之,将这些自由度“解耦”,并进一步错位“耦合”,则转子等效于另一位置并可以求解.由此,电机实现了“旋转”,即以“静止”代替“运动”状态的求解,简称“以静代动法”(MRR).以双凸极电机为样机:采用MRR有限元法求解样机电感变化规律,结合该类电机控制电路,得到电枢绕组电流波形,采用Fourier变换进一步得到电流谐波构成,由此可求解铁心涡流损耗.测试总体损耗构成,样机铁心磁滞损耗也可求解,由此可计算出样机对应硅钢片的磁滞损耗系数.在此基础上,对不同工况下电机进行计算和测量.对比表明,二者误差在15％之内,显示出MRR有限元法的方便性和快捷性.论文所提出的方法适合所有旋转、运动类设备,也适合于其他学科,具有广泛的普遍性.