基于Ansoft maxwell的PMSM的Ld，Lq線性解耦仿真

陸海斌　辜贇

摘 要：基于車用永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)，以一臺(tái)三相內(nèi)埋式永磁同步電機(jī)為例，借助Ansoft Maxwell軟件采用有限元方法分析磁路飽和對(duì)交、直軸電感的影響，確定電機(jī)的交、直軸電感矩陣，為進(jìn)一步控制電機(jī)做指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：PMSM；有限元；交直軸電感；電磁飽和

基于AnsoftMaxwell軟件，以一臺(tái)車用三相永磁同步電機(jī)為例進(jìn)行有限元仿真。求解出內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的交、直軸電感矩陣。并總結(jié)磁路飽和對(duì)交、直軸電感的影響趨勢(shì)。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制提供輸入和參考。

1 電機(jī)模型的建立及基本參數(shù)

模型建立：

2 使用Ansoft軟件進(jìn)行參數(shù)掃描

2.1 添加電流激勵(lì)

模型建立完成后，定子三相繞組添加電流激勵(lì)，在Ansoft Maxwell里點(diǎn)擊Excitations->PhaseA->將Id×1.414×cos（2×pi×p×n/60×time）+Iq×1.414×sin（2×pi×p×n/60×time）。B、C相相同。

2.2 添加掃描參數(shù)

由于計(jì)算量較大，為節(jié)省時(shí)間，在利用Ansoft MaxwellTM進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以使用參數(shù)掃描。目前的做法是固定Iq，掃描同一Iq下不同Id的情況。將每次計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行傅里葉分解出電壓基波幅值及相位。

2.3 仿真結(jié)果

根據(jù)永磁電機(jī)矢量控制原理，定子電流Is分解到d-q軸系上的Id、Iq，依據(jù)激勵(lì)條件對(duì)Id進(jìn)行參數(shù)掃描，掃描范圍是覆蓋電機(jī)所有工況的電流范圍。我們實(shí)例中Id掃描范圍為（0-100A）平均分成10段。圖2為反電勢(shì)掃描波形。

對(duì)反電勢(shì)波形進(jìn)行FFT分解，圖3為感應(yīng)相電壓基波分量所對(duì)應(yīng)的電壓幅值、圖4為感應(yīng)相電壓基波分量所對(duì)應(yīng)的電壓相位，兩個(gè)參數(shù)是作為計(jì)算交、直軸電感的輸入。

3 解耦的線性交、直軸電感計(jì)算

對(duì)IPM的電感計(jì)算，一般認(rèn)為d、q軸是完全解耦，根據(jù)Id、Iq 算出定子電流Is=；然后算出定子電流的相位角θ1=×180°。根據(jù)Ansoft Maxwell中將掃描結(jié)果相反電勢(shì)基本分量幅值，相位。算出交、直軸電壓，U-drms=，

已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n、永磁磁鏈基波幅值、P極數(shù)；求出電角頻率，ω=××2π，再求空載反電勢(shì)基波有效值E0=×ω，然后求出X-q=、X-d=；

最后求出，L-q=×1000、L-d=×1000，單位為mH。

圖5和圖6為電機(jī)輸入不同的Id、Iq組合所對(duì)應(yīng)的交、直軸電感曲線。此曲線可以為電機(jī)控制做出指導(dǎo)作用。

從曲線看出，當(dāng)Id從0A增大到100A過(guò)程中所著磁路的飽和程度增大，直軸電感Ld變化0.017mH。而當(dāng)Iq從0A增大到100A過(guò)程中隨著磁路飽和程度的增大，交軸電感Lq變化0.05Mh。

4 結(jié)論

d軸電感基本為常數(shù)，隨著弱磁作用負(fù)d軸電流的增加有微小的減小，限制了d軸方向的飽和；q軸電感隨q軸電流的增加明顯降低，q軸電感更容易受飽和影響。這種d軸電流和q軸電流隨本軸電流變化趨勢(shì)比較準(zhǔn)確地反映了IPM永磁電機(jī)中電磁轉(zhuǎn)矩特性，與實(shí)際數(shù)據(jù)相符。

參考文獻(xiàn)：

[1]王艾萌.新能源汽車新型電機(jī)的設(shè)及若磁控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.12.