基于Motor-CAD的发电机仿真设计方案解析

1 引言

Motor-CAD作为专业的电机设计软件，集成了磁路法、热路法、热网络法、有限元分析法，可在电机概念设计阶段高效精确地对电机进行电磁和热性能设计计算，软件包括：电磁（Emag）、热（Therm）和虚拟实验室（Lab）、机械（Mechanical）四个模块，可在几分钟内精确计算电磁和热特性。输出结果丰富，直观，易于掌握。

发电机的基本工作原理是基于电磁感应定律和电磁力定律，用导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，产生电磁功率，最终达到能量转换的目的。常见有水轮机、汽轮机、柴油机以及其他动力机械驱动的发电机，将水流、气流、燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。按照励磁方式的不同，常用的发电机类型有永磁发电机、电励磁发电机，在Motor-CAD软件中支持这两种形式的发电机仿真。

  图1 Motor-CAD软件支持电机类型

2 模型建立

本案例采用的电机是样机库SYNC电励磁发电机，研究其电磁性能。电磁Emag计算，电机类型：电励磁同步电机。

  图2 选择电磁计算模块 发电机结构如下，图3~5分别是该发电机的径向参数、轴向参数以及3D视图。

  图3 电机径向参数

图4 电机轴向参数 通过点选图5左侧栏的各项部件，检查模型参数的输入。

图5 3D视图

3 绕组设置

SYNC 电励磁发电机有两项绕组分别需要定义设置，电枢绕组与励磁绕组。

（1）电枢绕组

图6 电枢绕组 （2）励磁绕组

图7 励磁绕组

4 材料数据

选择“数据输入”下的“材料” 选项，在软件自带材料库中选择定、转子及绕组的材料，各项的主要材料特性将自动显示在右侧的各项属性中。

图8 各部件材料数据

5 求解条件及驱动设置

模型准备完毕，图9、图10为发电机求解及负载驱动的具体设置。

图9 发电机求解设置

图10 发电机负载设置

6 计算结果查看

计算完成后即可查看电磁结果数据。

图11 计算结果数据

图12 磁密云图

图13 端电压

图14 反向电动势

图15 电流波形

图16 转矩波形

图17 转矩谐波

图18 反电势谐波

编辑：黄飞