次級材料對直線電動機性能影響的Maxweu 2D仿真分析
裘昌利1，劉少克2，宋敏2
(1．空軍航空大學，吉林長春130022；2國防科技大學，湖南長沙410073)
摘要：使用Maxwell2D軟件對直線感應電動機進行仿真，介紹了仿真方法和邊端效應的調整方法，主要分析了氣隙大小和次級材料的厚度對直線感應電動機運行性能的影響，對直線感應電動機的設計開發、科研應用有一定的參考價值。
關鍵詞：直線感應電動機；仿真；Maxwll2D
中圖分類號：TM359．4 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)09—0022—03
0引 言
直線感應電動機的設計制造和科研開發中，常常需要做大量的實驗來考察電機性能，這無論在人力、物力、財力和時間上都有較大的消耗。而采用仿真分析的方法，則具有方便迅速、節省成本的優點。用有限元軟件Mawell 2D進行仿真可以實現這個目的，從而加速其設計制造和科研開發。
1模型樣機
本文樣機為國防科大CMS03和CMS03A磁浮列車用直線感應電動機，其幾何模型的基本樣式如圖l所示。隨著仿真目的不同，具體的幾何參數也將發生相應的變化。
圖1直線感應電動機的2D幾何模型
建模中假設初級鐵心的電導率為0，不會產生渦流，即忽略渦流損耗。電機運行中其電磁場隨時間和運動狀態而發生變化，故選用Transient(瞬態)模塊進行建模。Transient模塊適用于模型中具有平動或轉動物體(Object)的情況，能夠計算出運動過程中任意時刻的磁通密度、磁場強度、感應電流等電磁場量。次級材料及其高度則按照不同的仿真目的進行繪圖和設置。
2邊端效應的調整
直線感應電動機特有的邊端效應必須在建模中得以體現才能保證仿真結果的正確。直線感應電動機的極數大于或等于6時可以認為負序和零序電流與正序電流相比已足夠小而忽略；由于鐵心開斷造成的脈振磁勢也可以忽略不計[2]。對于動態縱向邊端效應，由于幾何建模的方向是沿著其運動方向，因此可以反映出動態縱向邊端效應產生的影響。但是，2D模型并不能反映出橫向邊端效應的影響。橫向邊端效應的影響可以近似認為僅使次級電阻率有所增加，即可以通過調整次級電阻率的大小來加以改善[2]。在定量計算時需要把次級電阻率乘以一個修正系數kr，其表達式為：
式中：c——次級導體板單邊伸出初級鐵心的寬度 (cm)：
z。——初級鐵心疊厚(cm)；
T——直線電機極距(cm)。
可以看出，Kr值僅與電機尺寸有關，在本文中其值為1.92。因此，建模時需要將次級材料的電導率一電阻率的倒數除以k。
3添加鐵磁材料
Mawell2D軟件允許用戶自定義材料屬性(如磁導率、電導率等)，本文電機次級所用到的鐵板材料是某型鋼材，其B-曲線由手工輸入，其曲線如圖2所示。
圖2鐵板材料的B一H曲線
仿真過程中鋁板和鐵板材料的電導率和磁導率設置如表l所示。
表1鋁板和鐵板材料的電導率和磁導率
4仿真結果分析
當直線感應電動機作為磁浮列車的動力源時，除了推力作為重點的研究對象外，法向力對列車懸浮性能的影響也是巨大的，因而推力和法向力往往需要同時研究。
(1)氣隙大小對推力和法向力的影響改變氣隙的長度，研究電機的氣隙大小對推力和法向力的影響，仿真結果如表2所示。
表2氣隙大小對推力和法向力的影響
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