摘要：使用Ansoft軟件輔助直線感應(yīng)電機的設(shè)計和分析，并對電機的磁場分布和運行性能進行仿真給出了仿真結(jié)果，并對仿真方法作了簡要的說明。 關(guān)鍵詞：直線感應(yīng)電機；Ansoft；性能分析 中圖分類號：TM 359.4 文獻標識碼:A [align=center]FEM Inductances of the Electromagnetic Field of Linear Motors Chen Hongyan, Zhang Konglun （Maglev Research Institute, Southwest Jiaotong University, Chengdu610031, Sichuan Province, China） （西南交通大學，磁浮列車與磁浮技術(shù)研究所，四川省，成都，610031）[/align] Abstract ：The process of design and analysis of linear induction motor can be directed by Ansoft . The distribution of magnetic field and the running performance are discribed by simulation figures. Key words：linear induction motor； Ansoft ； analysis of performance 1 引言 直線電機與旋轉(zhuǎn)電機有相似之處，即當直線電機的初級繞阻通入三相對稱電流后，便會在氣隙中產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)磁場相類似的沿直線方向移動的行波磁場，次級在此磁場的作用下將產(chǎn)生定向的直線運動。但是，直線電機與旋轉(zhuǎn)電機不同之處是，因為前者鐵心開斷，不像后者那樣具有閉合圓環(huán)形狀，而是長直的，兩端開斷。由于鐵心及其安置在槽中的繞阻不連續(xù)，所以各相之間的互感不相等，也就是說，即使在初級上加個三相對稱交流電壓，在各相繞產(chǎn)生的電流實際上也是不對稱的，利用對稱分量法對電機的三相電流進行分解，可以分解成正序、負序、零序電流。對應(yīng)這三種電流在氣隙中產(chǎn)生三種磁場，即正向行波磁場，反向行波磁場和脈振磁場。反向行波磁場和脈振磁場的效應(yīng)不論是否考慮次級的反作用都是存在的，即所謂的第一類邊緣效應(yīng)。另一方面，當短初級直線感應(yīng)電機的次級導體板以高速相對于初級運動時，在初級的進入端和離開端會產(chǎn)生磁場畸變，這是由于次級導體板中的渦流使進入端的磁場消弱，離開端的磁場加強所致。這種類型的磁場畸變稱為第二類縱向邊緣效應(yīng)。對于一般的電機，電磁氣隙與初級鐵心寬度的比值較小，次級寬度又大于初級鐵心寬度，第一類橫向邊緣效應(yīng)可不必考慮。當相在次級導體板寬度及電導率的影響，此時的橫向磁場分布的產(chǎn)生不均勻，即第二類邊緣效應(yīng)，也是需要考慮的。 由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，其性能指標與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電機差別較大。橫向邊緣效應(yīng)，特別是端部效應(yīng)的存在，使得直線感應(yīng)電機的瞬態(tài)特性分析要比旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電機困難的多。近些年來，有限元方法在電機電磁場的問題的求解已被廣泛應(yīng)用。有限元商業(yè)化軟件已成為電機設(shè)計和分析的重要工具。其中Ansoft公司的MAXELL 2D軟件，在低頻二維電磁場仿真方面具有出色的性能。采用這一軟件對單邊型直線感應(yīng)電動進行分析研究。 2 MAXELL 2D 軟件簡介 Ansoft公司是全球最大的提供以電磁技術(shù)為核心的專業(yè)EDA廠商。Ansoft系列軟件由該公司開發(fā)，其中的Maxwell 2D模塊是一個功能強大、結(jié)果精確、易于使用的二維電磁場有限元分析軟件。Maxwell 2D以分析渦流、位移電流、集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)具有不可忽視作用的系統(tǒng)，得到電機、母線、變壓器、線圈等電磁部件的整體特性，功率損耗、線圈損耗、某一頻率下的阻抗、力、轉(zhuǎn)矩、電感、儲能等參數(shù)也可以自動計算，同時也可以給出整個相位的磁力線、磁場強度（H）,磁通密度（B）、能量密度、溫度分布等圖形結(jié)果。此外還能自動計算力、轉(zhuǎn)矩、電感以及各種線性、非線性及各向異性材料中的飽和問題。其中的瞬態(tài)場模塊則用于電壓、電流源為非正弦激勵，或者模型中的物體處于平動或轉(zhuǎn)動狀態(tài)的情況，或者磁場、能量、力、功率損耗、速度等物理量是時間函數(shù)等。這一特點對于建模、分析和計算直線感應(yīng)電機是相當方便的。 Maxwell 2D/3D軟件目前己經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電機、電子、汽車、航空、航天、生物醫(yī)學和國防軍工等領(lǐng)域，世界上相關(guān)領(lǐng)域的大公司如西門子、通用汽車、NASA（美國國家航空和宇宙航行局）等著名企業(yè)和機構(gòu)。 3 直線感應(yīng)電機電磁分析 Maxwell 2D軟件相對于其它有限元分析商業(yè)軟件來說，使用起來相對比較簡單。使用者僅需對所計算的問題做出答復(fù)，作為輸入，便能獲得所需的結(jié)果，不需要了解有限元法求解的詳細過程。使用Maxwell 2D軟件，對直線感應(yīng)電機進行仿真分析，最主要的是建立仿真模型，其過程如下： 1.先擇求解器，這里我們選擇Transient求解。 2.根據(jù)直線感應(yīng)電機各部分設(shè)計尺寸，畫出電機二維幾何模型。 3.確定直線感應(yīng)電機各部分的材料屬性。 4.確定有限元計算的邊界條件和外加電源。 5.選擇執(zhí)行參數(shù)，如受力、轉(zhuǎn)矩、損耗等。 6.確定動態(tài)參量。包括確定運動邊界、外加載荷、時間步長等。 完成以上六個步驟以后，Maxwell 2D軟件就可以對此模型進行瞬時參數(shù)掃描求解。 4 建模與求解 根據(jù)以上的步驟，本文對一扁平單邊型復(fù)合次級直線感應(yīng)電動機空載起動進行仿真分析。電機設(shè)計參數(shù)，如表1所示。 [align=center]表1直線感應(yīng)電動機算例參數(shù) [/align] 在Ansoft中的幾何模型如圖1所示。 [align=center] 圖1 ANSOFT Maxwell 2D 的直線感應(yīng)電機模型[/align] 4.1 磁場分析 圖2為直線感應(yīng)電機的二維有限元剖分圖。 [align=center] 圖2 有限元剖分結(jié)果[/align] 圖3為t=0.325秒時的磁場分布。 [align=center] 圖3 t=0.325s 時的磁場分布[/align] 圖4為t=0.325秒時氣隙中磁場磁通密度隨位置的分布。 [align=center] 圖4 氣隙中磁場磁通密度隨位置的分布（t＝0.325s）[/align] 4.2 仿真結(jié)果 直線感應(yīng)電機起動時推力、法向力曲線隨時間的變化曲線如圖5所示。 [align=center] 圖5 直線感應(yīng)電機仿真結(jié)果[/align] 這些曲線與常見的實驗曲線相一致。除此以外還可以觀察線圈電流、電壓、感應(yīng)電動勢、轉(zhuǎn)子磁鏈等。采用Maxell2D對直線感應(yīng)電動機進行電磁分析和仿真研究，可以得到電機的電磁場分布，并能反映出直線感應(yīng)電動機瞬態(tài)性能。通過仿真分析，可以避免“設(shè)計— 試制— 修正”的復(fù)雜過程，對于設(shè)計人員來說，可能通過軟件的分析來及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計的缺陷，適當調(diào)整設(shè)計參數(shù)，使電機的性能得到優(yōu)化。 參考文獻： 1.劉國強，趙凌志，蔣繼婭.Ansoft工程電磁場有限元分析[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2005: 133-143 2.裘昌利，張紅梅，劉少克.基于Ansoft的直線感應(yīng)電機性能分析，微特電機，2006.11:22-26 3.張紅梅.直線感應(yīng)電機牽引系統(tǒng)的仿真及磁浮交通中電磁力的計算.國防科技大學碩士學位論文，2005 作者簡介：陳紅艷，（1982-），女，碩士研究生。 西南交通大學九里校區(qū)242信箱 郵編：610031