基于Ansoft的同步電機電磁設計與仿真

張 琪，張 艷，張 威

（1．國網漢川市供電公司，湖北 漢川431600；2．三峽大學，湖北 宜昌443002）

0 引 言

近幾年，隨著工業發展，電機的應用范圍變得越來越廣泛。同步電機因為具有很多優點而成為新一代高效節能電機的的主要類型。同時同步電機是一個復雜的非線性動態系統，廣泛應用于航空、交通、國防、建筑、工農業生產和日常生活的等各個領域，大力研究和推廣同步電力，實現節能降耗，提高經濟效益具有很重要的現實意義。對同步電機進行磁場分析，可以直觀地呈現電機內的磁場分布特點，更有效地對同步電機進行設計和分析，同時也是計算其他物理場（如溫度場、結構場）的基礎。

1 模型建立

1.1 二維模型建立

根據相關計算確定電機的相關尺寸和相關參數，利用Ansoft軟件中的 Maxwell 2D，建立同步電機模型圖，如圖1所示。

1.2 模型網格剖分

設置剖分網格長度：將相同或相近的物理模型分為一組，設置相同的網格長度；將較大模型的網格長度進行放大。對于本文的同步電機，將電機的定轉子鐵芯分為一組，定子繞組一組，轉子繞組一組，外層區域和氣隙一組，且均采用三角形剖分，設置如下網格剖分長度：

鼠籠條區域設置：Length＿Bar＝1．5 mm。

定子繞組區域設置：Length＿Coil＝2．5 mm。定轉子鐵芯區域設置：Length＿Core＝4．6 mm。外層區域設置：Length＿Out＝1mm。網格剖分結果如圖2所示。

圖1 同步電機二維模型

圖2 模型剖分

1.3 模型求解和后處理

（1）模型求解：施加模型的邊界條件和激勵源，設置材料屬性，不用另外施加激勵，模型求解過程的收斂圖如圖3所示。

圖3 模型求解收斂結果圖

（2）后處理及分析：通過 Maxwell 2D／Analysis all命令，完成細化剖分、求解矩陣、計算力與力矩的分析。經過后處理階段得到同步電機指定路徑上的圖4徑向磁密分布、圖5磁力線分布圖和圖6磁通密度云圖分布圖。借助這幾個圖，確定電機內磁場的分布情況和不同位置磁場的飽和情況，進而精細地優化電機的結構。

圖4 指定路徑上的徑向磁密分布

圖5 同步電機磁力線分布圖

圖6 同步電機磁通密度云圖分布

2 結果分析

圖4為氣隙徑向磁密分布，大致為正弦波。圖5為同步電機磁力線分布，磁力線密度大的位置分布于定轉子對中位置的定子繞組槽附近，以繞組槽為中心向兩側均勻遞減，分布情況認為是相對均勻的，且可以明顯的看出電機的四個極。圖6為電機磁通密度云圖，根據顏色確定電機內磁場的具體分布情況，顏色不同，磁密值不同，從圖中顏色分布不僅可以看出電機各部分磁密的大小，而且可看出不同部分磁場的飽和情況，可以判斷電機磁路設計較為合理。