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市区轨道通道里线形应激电机的非线性解析
编辑:娱乐吧亚洲第一品牌 发布日期:2018-10-12

  非线性设计(Design)方法(method)时域暂态有限元法又称为时步有限元法。电动机是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力旋转扭矩。微型电动机是一种体积、容量较小,输出功率一般在数百瓦以下,用途、性能及环境条件要求特殊的一类电动机。微型电动机是指直径小于160mm或额定功率小于750W的电机,微型电动机常用于控制系统或传动机械负载中,用于实现机电信号或能量的检测、解析运算、放大、实行或转换等功能。其优点是去除(qùchú)了铁磁材料的磁饱和程度不得随时间变化的假设,可以准确地计算铁磁材料的饱和磁密波形。该方法属于磁场(定义:传递实物间磁力作用的场)-法,既可以计算电流(Electron flow)激励(Excitation),也可以计算电压激励,并准确地计算LIM的推力、损耗、效率(efficiency)和功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)因数等特性。
  时步有限元电路(Electric circuit)耦合(Coupling)方程从麦克斯韦方程出发,以矢量磁位A为求解量,可得非线性二维瞬态电磁场(electromagnetic field)方程:x1Ax+y1Ay=At+vxAx-Js(1)式中,为次级的电导率,vx为次级的运动速度,为媒质的磁导率,Js为线圈电流密度(单位:g/cm3或kg/m3)。
  利用迦辽金有限元法将方程在空间(Space)域上离散,再对单元总体合成(说明:由几个部分合并成一个整体),即得非线性瞬态有限元方程组
(2)对这一方程组在时间域上离散,得到:<tKn+1+Tn+1>An+1-Tn+1An=tPn+1(3)式中,t为时间步长,An为第n步时的矢量磁位。这是一个非线性时步有限元方程组,一般需采用迭代方法,例如牛顿_拉斐逊法求解。
  由于马达大多工作(job)在电压源激励之下,而直接由有限元法所得的方程组中包含的是电流量(单位:立方米每秒),并非电压量,因此还要加上电路的电压方程:U=-E+RI+LdIdt(4)式中,E为电机铁心有效长度内所感应的总电势列向量,R为电枢绕组的电阻矩阵,L为电枢绕组的端部漏感(漏磁电感)矩阵。
  电磁推力和法向力的计算方法由上述有限元方法可以得到矢量磁位A的分布,再由(5)(7)式就能求出磁密
  B、涡电流密度J以及次级铝板和背铁受到的电磁力F,包括推力Ft和法向力Fn。
  B=A(5)J=-At+ivxB(6)F=vJBdV(7)初始状态的确定确定合适的初始状态(初值)是时步有限元法计算中的重要问题。如果选择(Select)的计算初值与实际似稳态的瞬时值相差太大,则在计算结果的初始阶段会出现虚假的人为振荡,经过很长一段时间才能进入似稳态。因此必须采取措施(指针对问题的解决办法)选择适当的初值,以缩短时步有限元法的计算时间。本文将正弦稳态有限元法的计算结果作为初值。即在开始时步有限元法计算之前先用正弦稳态有限元法计算,将其结果作为后者的初值。正弦稳态有限元法虽不精确,但能满足作为初值的要求,相对于时步有限元法,正弦稳态有限元法的计算量及计算时间可忽略不计。
  结论基于时步有限元法和外部驱动(Driver)电路(DC)联立求解的非线性设计方法,可以在考虑(consider)运动效应的情况(Condition)下,准确分析(Analyse)和计算存在磁饱和现象的LIM的电流、电压、磁密、推力和效率等性能(xìng néng)。与传统的线性设计方法相比,非线性设计方法的理论更加完备,计算准确性更高。设计结果的对比分析表明,在设计中忽略铁磁材料的非线性可能(maybe)带来较大的计算误差。特别是当电机中存在较严重的整体饱和时,实际电流值将明显高于线性设计的结果。在选择变频器(Variable-frequency Drive)的电流容量(Capacity)时,对此必须给以足够的注意(attention)。




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