基于Ansoft的同步电机电磁设计与仿真

张 琪，张 艳，张 威

（1．国网汉川市供电公司，湖北 汉川431600；2．三峡大学，湖北 宜昌443002）

0 引 言

近几年，随着工业发展，电机的应用范围变得越来越广泛。同步电机因为具有很多优点而成为新一代高效节能电机的的主要类型。同时同步电机是一个复杂的非线性动态系统，广泛应用于航空、交通、国防、建筑、工农业生产和日常生活的等各个领域，大力研究和推广同步电力，实现节能降耗，提高经济效益具有很重要的现实意义。对同步电机进行磁场分析，可以直观地呈现电机内的磁场分布特点，更有效地对同步电机进行设计和分析，同时也是计算其他物理场（如温度场、结构场）的基础。

1 模型建立

1.1 二维模型建立

根据相关计算确定电机的相关尺寸和相关参数，利用Ansoft软件中的 Maxwell 2D，建立同步电机模型图，如图1所示。

1.2 模型网格剖分

设置剖分网格长度：将相同或相近的物理模型分为一组，设置相同的网格长度；将较大模型的网格长度进行放大。对于本文的同步电机，将电机的定转子铁芯分为一组，定子绕组一组，转子绕组一组，外层区域和气隙一组，且均采用三角形剖分，设置如下网格剖分长度：

鼠笼条区域设置：Length＿Bar＝1．5 mm。

定子绕组区域设置：Length＿Coil＝2．5 mm。定转子铁芯区域设置：Length＿Core＝4．6 mm。外层区域设置：Length＿Out＝1mm。网格剖分结果如图2所示。

图1 同步电机二维模型

图2 模型剖分

1.3 模型求解和后处理

（1）模型求解：施加模型的边界条件和激励源，设置材料属性，不用另外施加激励，模型求解过程的收敛图如图3所示。

图3 模型求解收敛结果图

（2）后处理及分析：通过 Maxwell 2D／Analysis all命令，完成细化剖分、求解矩阵、计算力与力矩的分析。经过后处理阶段得到同步电机指定路径上的图4径向磁密分布、图5磁力线分布图和图6磁通密度云图分布图。借助这几个图，确定电机内磁场的分布情况和不同位置磁场的饱和情况，进而精细地优化电机的结构。

图4 指定路径上的径向磁密分布

图5 同步电机磁力线分布图

图6 同步电机磁通密度云图分布

2 结果分析

图4为气隙径向磁密分布，大致为正弦波。图5为同步电机磁力线分布，磁力线密度大的位置分布于定转子对中位置的定子绕组槽附近，以绕组槽为中心向两侧均匀递减，分布情况认为是相对均匀的，且可以明显的看出电机的四个极。图6为电机磁通密度云图，根据颜色确定电机内磁场的具体分布情况，颜色不同，磁密值不同，从图中颜色分布不仅可以看出电机各部分磁密的大小，而且可看出不同部分磁场的饱和情况，可以判断电机磁路设计较为合理。