基于ANSYS大型同步电机电磁场分析与参数计算

钮小军 李位勇 谢峰

(中国船舶重工集团公司第七一二研究所，武汉 430064)

0 引言

随着科技的进步，大型通用的集成化多功能软件逐渐取代了人工编程计算。有限元分析软件ANSYS具有较强的前后处理能力，可以方便的建模和灵活的剖分，其特有的参数化设计语言（APDL）功能，使用户更便捷地进行参数化分析，用于控制程序的进程，便于循环和迭代，非常适合于工程实际应用分析计算的需要[1]。

本文采用 A NSYS有限元分析软件，对某大功率多相凸极同步电动机的电磁场进行了数值计算，求解了空载时磁场的分布和电枢反应时磁场的分布，计算了同步电机的空载特性曲线、额定工况下的饱和同步电抗和不饱和同步电抗参数。

1 物理模型和数学模型

1.1 物理模型和基本假设

某大容量多相凸极同步电动机的一对极求解区域如图1所示，定子铁心中有矩形槽，槽中放置对称多相绕组，转子包含了磁极铁心、转子磁轭、励磁线圈和阻尼绕组。

在同步电机有限元电磁场分析中，为简化计算，提出以下假定：

（1）不考虑位移电流和静态自由电荷，电机电磁场采用二维分析，端部效应以轴向等效计算长度来考虑；

（2）不计定、转子铁心和导体中的涡流，忽略铁磁材料的磁滞效应，设铁心材料为各向同性，具有单值的B-H曲线；

（3）定子铁心外表面和转子铁心内表面无漏磁。

（4）磁场沿圆周方向周期性分布，取一对极距范围为求解区域。

图1 求解区域

1.2 数学模型和有限元模型

在上述假设条件下，在同步电动机二维磁场求解区域中，有电流的存在而采用矢量磁位 AZ来求解，考虑到铁心中的饱和效应，则AZ满足非线性准泊松方程。……