11 自起动永磁同步电动机
本章我们将简化RMxprt一些基本介绍，以便介绍一些更高级的使用。有关RMxprt基本操作的详细介绍请参考第一部分的章节。
11.1基本理论
同步电机定子绕组上输入三相正弦电压，在气隙中产生旋转磁场。转子上的永久磁极力图与定子旋转磁场对齐，因而在转子上产生同步转矩。起动时，转子上的阻尼绕组产生异步起动转矩，使其具有自起动能力。 自起动永磁同步电机的频域相量图如图11.1所示。
图 11.1 矢量图
图11.1中，R1、Xd、Xq分别为定子电枢的电阻、沙画工具d轴同步电抗和q轴同步电抗。
(11.1)
上式中，X1为电枢绕组漏电抗，Xad和Xad分别为d轴电枢反应电抗和q轴电枢反应电抗。
设力矩角为θ（相量E0与相量U的夹角），可导出
(11.2)
解得：
(11.3)
设相量I与相量E0的夹角为ψ：
(11.4)
功率因数角φ（相量I与相量U的夹角）为：
(11.5)
输入电功率为：
(11.6)
输出机械功率为：
(11.7)
式中Pfw, PCu, 和PFe分别为风摩损耗、电枢铜损和铁心损耗
输出机械转矩为：
(11.8)
式中ω为同步角速度rad/s ).
电机效率为：
烘手机 (11.9)
电机的起动方式与感应电机相同，即借助于转子上的鼠笼绕组（在此称为阻尼绕组）产生起动力矩。
11.2 主要特点
11.2.1适用于8种转子结构
转子结构中由于永久磁钢的布置方式不同，转子的磁路结构差别很大。RMxprt可对不同的转子结构进行分析和设计。 11.2.2线圈和绕组的排列优化设计
几乎所有常用的三相和单相，单层和双层，整数槽和分数槽交流绕组都能自动设计。用户不需要一个接一个的自己定义线圈。
当设计者采用全极式单层绕组时，RMxprt将自动对绕组进行排列，以减少绕组端部长度。当使用不对称三相绕组时，绕组排列按照最少负序和零序进行优化。
11.2.3 绕组编辑器支持任何单、双层绕组的设计
除了利用RMxprt中的绕组自动排列功能，用户也能通过Winding Editor来指定特殊形式的绕组排列。
在Winding Editor（绕组编辑器）中，通过改变每个线圈的相属Phase、 匝数Turns、 入槽号In Slot和出槽号Out Slot，可排列出任意所需的单、双层绕组分布形式。
11.2.4 阻尼绕组的动态参数分析
第3 ~ 7种转子的阻尼绕组结构与感应电机的鼠笼绕组相同。第8种转子结构与凸极同步电机相同，这种结构中阻尼绕组处于d-轴和q-轴差别很大的非均匀磁场中，而阻尼条的连接又有每极连接（极间不连接）、全部连接和端板式连接。所有这些复杂情况RMxprt都能进行分析处理，给出阻尼绕组的动态参数。
11.3 自起动永磁同步电机
这一节, 我们将演示自起动永磁同步电机设计的一般流程。
点击Start>Programs>Ansoft>Maxwell 12>Maxwell 12从桌面进入Maxwell界面。
从RMxprt主菜单条中点击 File>New 新建一个空白的Maxwell工程文件Project1。
从RMxprt主菜单栏中点击Project>Insert RMxprt Design。在Select Machine Type 会话框中选择Line-Start Permanent-Magnet Synchronous Motor，然后点击OK返回RMxprt主窗口。这样就添加一个新的RMxprt汽车指纹防盗设计。
从RMxprt菜单栏中点击File>Save。如果想把项目另存为wl ，可从下拉菜单选择Save As然后点击Save返回 RMxprt 主窗口。(参见3.2.6设置默认的项目路径)
分析这个算例，需要做以下几项设置：
1. 设置模型单位(参考章节2.3.2.7设置模型单位)：
2. 配置 RMxprt 材料库 (参考章节3.4.1配置材料库)：
3. 编辑线规库 (参考章节3.3.2 到3.3.6)：
当选择Line-Start Permanent-Magnet Synchronous Motor做为电机模型时，必须输入
如下几项：
1. General data. （基本性能数据）
2. Stator data. （定子数据）
3. Rotor data. 金属化膜（转子数据）
4. Solution data. （解算数据）
可在转子中选择添加或去掉阻尼绕组。
11.3.1基本性能设计
在项目树下双击Machine图标，可显示 Properties.对话框。
在如图11.2所示的Machine列表下定义基本性能数据。
图11.2 基本性能指标
1. Machine Type：电机类型。
2. Number of Poles：电机极数。其值为定子极数的总和（或极对数×2）。
3. Frictional Loss：在参考转速下测得的摩擦损耗（由摩擦产生）
4. Wind Loss：参考转速下测得的风阻损耗（由空气阻力产生）
5. Reference Speed：所给的参考转速。
点击OK关闭Properties对话框。
11.3.2定子设计
双击项目树中的Machine>Stator图标，显示Properties对话框。
在如图11.3所示的Stator列表中输入定子数据。
图11.3 定子数据
1. Outer Diameter：定子外径。
2. Inner Diameter：定子内径。
3. Length：定子铁心的轴向长度。
4. Stacking Factor：定子的迭压系数
5. Steel Type：定子铁心材料类型（参考7.3节设置材料类型）
6. Number of Slot：定子槽数
7. Slot Type：定子槽型（参考7.1.1节槽型）
1) 点击Slot Type显示Select Slot Type对话框。
2) 选择一种槽型（有6种类型可用）
3) 点击OK关闭Select Slot Type对话框。
8. Skew Width：用槽数度量的斜槽宽度
点击OK关闭Properties对话框。
11.3.2.1定子槽型设计
双击项目树中的Machine>Stator>Slot图标，显示Properties对话框（参考7.1.1节槽型）。
在如图11.4所示的Slot卷标中定义定子槽型的几何数据。
点击OK关闭Properties对话框。
图11.4 定子槽尺寸
11.3.2.2 设计定子绕组
双击项目树中的Machine>Stator>Winding图标，显示Properties对话框，其中包含两个列表：Winding 和End/Insulation。
在如图11.5所示的Winding列表中定义导线、导体和定子绕组
图11.5 导线、导体和定子绕组数据
1. Winding Layers：绕组层数。从下拉菜单中选择绕组层数（可选1和2）
2. Winding Type：绕组类型（参考7.5.1节的设置交流绕组类型）
1) 点击Winding Type显示WINDING Type对话框。
2) 从以下3种绕组类型中选择一种：
a. Editor
b. Whole Coiled
c. Half Coiled
3) 点击OK关闭WINDING Type对话框。
3. Parallel Branches：定子一相绕组的并联支路数
4.Conductors per Slot：每槽导体数，槽中每个线圈的匝数与层数的乘积。输入0，RMxprt会进行自动设计。
5. Coil Pitch：以槽数度量的节距，节距是指一个线圈跨过的槽数目。例如，如果一个线圈起始边在1号槽，终边在6号槽，则节距为5。
6. Number of Strands：每个导体中导线的并绕根数。输入0，RMxprt会自动设计根数。
7. Wire Wrap：漆包线的双边漆皮厚度。输入0后能从导线库中自动获得
8. Wire Size：定子绕组导线的直径（输入0，RMxprt会自动设计）。用户可选择圆导线或扁导线两种型号。当槽型为彩防滑面层涂料1到4时，圆形导线可用（参考7.4.1节设置圆导线）。当槽型为5或6时，扁导线可用（参考7.4.2节设置扁导线）。
11.3.2.2.2定义端部绕组和槽绝缘数据
可参考7.5.3节端部绕组和槽绝缘中的详细介绍。
在如图11.6所示的End/Insulation列表中定义绕组端部和槽绝缘。
图11.6 端部绕组和绝缘数据
1. Input Half-turn Length：选择或取消该选项框以指定是否想要键入半匝长度。选中该选项，用户下次打开Properties对话框会出现Half Turn Length。如未被选中，会有End Adjustment替代其位置。
2. Half-turn Length：电枢绕组的半匝长度。当Input Half-turn Length被选中时，其可用。
3.End Adjustment：定子绕组的端部长度调节项，及导线伸出定子的垂直距离。当Input Half-turn Length未被选中时，其可用。
4. Base Inner Radius：底角半径
5. Tip Inner Diameter：线圈外弧半径
6. End Clearance：两临近线圈的间隔
7. Slot Liner：槽绝缘的厚度
8. Wedge Thickness：槽楔的厚度
9. Layer Insulation：层绝缘的厚度
10. Limited Fill Factor：设计槽满率的上限。
点击OK返回RMxprt的主窗口。
11.3.2.2.3 绕组编辑器
对于自起动永磁同步电机，用户可以利用绕组编辑器为每个槽定义不同的导体数。为了使用绕组编辑器，用户必须在 Winding Property 中选择Winding Type 为Editor (参考3.5编辑交流绕组)。
11.3.3理疗环转子设计
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