基于有限元法的多相异步电机电磁场分析

张宇娇，孙梦云，阮江军

（1.三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002；2.武汉大学电气工程学院，武汉 430072）

1 引言

传统的电机结构及电磁设计主要是根据电路和磁路理论推导、反复试验计算出来的，并根据长期生产实践积累的大量数据不断修正使设计满足要求。这样使得研发新型电机开发周期很长、材料损耗较大。其根本原因在于没有准确把握电机的电磁场的定量分布，而电机磁路计算的准确性与电机的损耗、效率、通风冷却、发热温升、电磁噪声和振动及电机体积、重量、耗材密切相关。所以在电机设计中电磁场分析计算是极其关键的一步。

电机电磁场计算研究发展按方法分为以下几个阶段：（1）解析法；（2）图解法；（3）数学及物理模拟法；（4）数值计算法。前三种方法对于结构复杂的电机受到限制，数值方法的引入使许多问题有很大进展。数值方法中差分法，积分方程法和有限元法比较适用于电机电磁场计算。基于有限元法的优越性，有限元法已经广泛应用于电机电磁场分析计算中。如有的文献对双转子永磁发电机的磁场进行了时步有限元动态仿真计算；有的采用三维有限元法对汽轮发电机端部电磁场进行了分析计算；有的应用ANSYS软件对大型水轮发电机转子偏心磁场进行了有限元计算；有的应用有限元法对凸极同步电动机起动时的电磁场和定子绕组的电流进行了分析和计算。

在目前对电机电磁场分析计算大多数是采用二维电磁场有限元分析法，它是简化了磁场计算，不考虑电机端部效应，认为磁场在轴向方向上是均匀分布的，利用二维静态电磁场来进行分析和计算，以矢量磁位Az作为求解变量。……