一种永磁直线同步电机仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁直线同步电机仿真方法，其特征在于，首先，通过Ｍａｘｗｅｌｌ　２Ｄ平台分别对永磁直线同步电机的静态场和瞬态场进行仿真，然后，通过有限元方法对永磁直线同步电机的仿真分析其性能。本发明专利技术的永磁直线同步电机仿真方法为永磁直线同步电机的优化设计、控制策略的实施、安全运行提供了理论基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及永磁直线同步电机，尤其涉及。
技术介绍
直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构 的传动装置，具有结构简单、运行可靠、传递效率高、机械损耗小、噪声低和环境适应性好等 显著优点，直线电机已经被广泛应用于工业、民用、军事及其它各种直线运动的场合。国外 著名的机床公司，如Siemens，Fanuc等在其高端数控机床中无例外地全部使用直线驱动方 式，使得加工出产品的精度和加工速度都得到极大提高。永磁同步直线电机由于无需电励 磁、推力密度大和效率高等优点将是今后直线电机的发展方向。因此需要一种永磁直线同步电机的仿真方法来对它进行分析和研究，来提高它的 安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷而提供， 它为永磁直线同步电机的优化设计、控制策略的实施、安全运行提供了理论基础。实现上述目的的技术方案是，其中，首先，通过 MaXWell2D平台分别对永磁直线同步电机的静态场和瞬态场进行仿真，然后，通过有限元方 法对永磁直线同步电机的仿真分析其性能，其中所述的对永磁直线同步电机的静态场仿真包括以下步骤首先，建立永磁直线同步电机的模型；然后，通过MaXWell2D分析了电机在不同气隙情况下的电磁关系，得到的电机磁 力线分布情况、气隙磁通密度波形、直线电机的磁通密度分布情况；所述的对永磁直线同步电机的瞬态场的仿真包括以下步骤首先，设定参数；然后，采用时步有限元法制作永磁直线同步电动机的负载突变特性，时间步长为 0. 1ms，网格剖分采用重新剖分法，单元基函数为4次多项式，采用线性插值，利用伽辽金法 对麦克斯韦场方程进行离散；用牛顿-拉夫逊法解非线性方程组，采用共轭梯度法进行收 敛。上述的永磁直线同步电机仿真方法，其中，所述的负载突变特性的制作包括以下 四种情况第一种是负载力从正向负载300牛阶跃到负向负载300牛，再次阶跃到正向负载 300 牛；第二种是负载力从正向负载300牛阶跃到正向负载417牛，再次阶跃到正向负载 300 牛；第三种是负载力从正向负载300牛阶跃到空载，再次阶跃到正向负载300牛；第四种是负载力从正向负载300牛阶跃到负向负载415牛，再次阶跃到正向负载 300 牛。本专利技术的有益效果是本专利技术对永磁直线同步电机的稳态场进行了仿真，采用状 态变量有限元法研究永磁直线同步电动机负载突变的特性，计算了永磁直线同步电动机的 负载突变及稳态振荡特性。通过该方法，可实现队永磁直线同步电机的分析，负载突变特性 为永磁直线同步电动机的优化设计、控制策略的实施、安全运行提供了理论基础。具体实施例方式下面将对本专利技术作进一步说明。，首先，通过MaXWell2D平台分别对永磁直线同 步电机的静态场和瞬态场进行仿真，然后，通过有限元方法对永磁直线同步电机的仿真分 析其性能，其中对永磁直线同步电机的静态场仿真包括以下步骤首先，建立永磁直线同步电机的模型；然后，通过MaXWell2D分析了电机在不同气隙情况下的电磁关系，得到的电机磁 力线分布情况、气隙磁通密度波形、直线电机的磁通密度分布情况；对永磁直线同步电机的瞬态场的仿真包括以下步骤首先，设定参数；然后，采用时步有限元法制作永磁直线同步电动机的负载突变特性，时间步长为 0. Ims,网格剖分采用重新剖分法，单元基函数为4次多项式，采用线性插值，利用伽辽金法 对麦克斯韦场方程进行离散；用牛顿一拉夫逊法解非线性方程组，采用共轭梯度法进行收 敛。负载突变特性的制作包括以下四种情况第一种是负载力从正向负载300牛阶跃到负向负载300牛，再次阶跃到正向负载 300 牛；第二种是负载力从正向负载300牛阶跃到正向负载417牛，再次阶跃到正向负载 300 牛；第三种是负载力从正向负载300牛阶跃到空载，再次阶跃到正向负载300牛；第四种是负载力从正向负载300牛阶跃到负向负载41 5牛，再次阶跃到正向负载 300 牛。综上所述，本专利技术分析了永磁直线同步电动机电机的静态场情况，并采用状态变 量时步有限元法，把SPWM-VI (正弦脉宽调制的电压源逆变器)的外电路和绕组端部的电阻 与电感组成的路方程与瞬态场的有限元方程结合，计算了永磁直线同步电动机的负载突变 特性及稳态振荡性能，为永磁直线同步电机的优化设计、控制策略的实施、安全运行提供了理论基础。对计算结果进行分析后，得出以下结论1、永磁直线同步电动机磁阻力的端部分量是影响动子稳态运行速度振荡的主要 因素；2、低速永磁直线同步电动机的电阻影响功角特性曲线，使电机可以工作在第一、第三象限，工作在哪个象限有负载大大小决定；3、300N负载是负载与相电流曲线的最小值点，在此点两侧曲线上的电流都递增， 即不论加或卸载，电流都会增加；4、只要突加负载不超过最大额定负载，数值越大系统进入稳态运行的时间越短， 突加负载段的速度波动越小；突卸负载易造成系统稳定性变差。以上实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对 本专利技术做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本专利技术的限定，本专利技术将以 所附权利要求书界定的范围作为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种永磁直线同步电机仿真方法，其特征在于，首先，通过Ｍａｘｗｅｌｌ　２Ｄ平台分别对永磁直线同步电机的静态场和瞬态场进行仿真，然后，通过有限元方法对永磁直线同步电机的仿真分析其性能，其中：所述的对永磁直线同步电机的静态场仿真包括以下步骤：首先，建立永磁直线同步电机的模型；然后，通过Ｍａｘｗｅｌｌ　２Ｄ分析了电机在不同气隙情况下的电磁关系，得到的电机磁力线分布情况、气隙磁通密度波形、直线电机的磁通密度分布情况；所述的对永磁直线同步电机的瞬态场的仿真包括以下步骤：首先，设定参数；然后，采用时步有限元法制作永磁直线同步电动机的负载突变特性，时间步长为０．１ｍｓ，网格剖分采用重新剖分法，单元基函数为４次多项式，采用线性插值，利用伽辽金法对麦克斯韦场方程进行离散；用牛顿－拉夫逊法解非线性方程组，采用共轭梯度法进行收敛。

【技术特征摘要】
1.一种永磁直线同步电机仿真方法，其特征在于，首先，通过Maxwell 2D平台分别对 永磁直线同步电机的静态场和瞬态场进行仿真，然后，通过有限元方法对永磁直线同步电 机的仿真分析其性能，其中所述的对永磁直线同步电机的静态场仿真包括以下步骤 首先，建立永磁直线同步电机的模型；然后，通过Maxwell 2D分析了电机在不同气隙情况下的电磁关系，得到的电机磁力线 分布情况、气隙磁通密度波形、直线电机的磁通密度分布情况； 所述的对永磁直线同步电机的瞬态场的仿真包括以下步骤 首先，设定参数；然后，采用时步有限元法制作永磁直线同步电动机的负载突变特性，时间步长为 0. Ims,网格剖分...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾廷纲，王振滨，陶益民，齐亮，李劲，王庆东，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]