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的特點，以一臺三相內埋式永磁同步電機為例，借助Ansoft Maxwell軟件采用有限元方法分析磁路飽和對交、直軸電感的影響，確定電機的交、直軸電感矩陣，為進一步控制電機做指導。

關鍵詞：PMSM；有限元；交直軸電感；電磁飽和

基于AnsoftMaxwell軟件，以一臺車用三相永磁同步電機為例進行有限元仿真。求解出內置式永磁同步電機的交、直軸電感矩陣。并總結磁路飽和對交、直軸電感的影響趨勢。為進一步實現電機控制提供輸入和參考。

1 電機模型的建立及基本參數

模型建立：

2 使用Ansoft軟件進行參數掃描

2.1 添加電流激勵

模型建立完成后，定子三相繞組添加電流激勵，在Ansoft Maxwell里點擊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

由于計算量較大，為節省時間，在利用Ansoft MaxwellTM進行計算時，可以使用參數掃描。目前的做法是固定Iq，掃描同一Iq下不同Id的情況。將每次計算的結果進行傅里葉分解出電壓基波幅值及相位。

2.3 仿真結果

根據永磁電機矢量控制原理，定子電流Is分解到d-q軸系上的Id、Iq，依據激勵條件對Id進行參數掃描，掃描范圍是覆蓋電機所有工況的電流范圍。我們實例中Id掃描范圍為（0-100A）平均分成10段。圖2為反電勢掃描波形。

對反電勢波形進行FFT分解，圖3為感應相電壓基波分量所對應的電壓幅值、圖4為感應相電壓基波分量所對應的電壓相位，兩個參數是作為計算交、直軸電感的輸入。

3 解耦的線性交、直軸電感計算

對IPM的電感計算，一般認為d、q軸是完全解耦，根據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Ansoft Maxwell中將掃描結果相反電勢基本分量幅值，相位。算出交、直軸電壓，U-drms=，

已知電動機轉速n、永磁磁鏈基波幅值、P極數；求出電角頻率，ω=××2π，再求空載反電勢基波有效值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為電機輸入不同的Id、Iq組合所對應的交、直軸電感曲線。此曲線可以為電機控制做出指導作用。

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

4 結論

d軸電感基本為常數，隨著弱磁作用負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比較準確地反映了IPM永磁電機中電磁轉矩特性，與實際數據相符。

參考文獻：

[1]王艾萌.新能源汽車新型電機的設及若磁控制[M].北京：機械工業出版社，2013.12.