Ansys Motor-CAD：IPM 电机实验室 - 扭矩速度曲线

各位电动机迷们，大家好：

在本博客中，我讨论了如何使用 Ansys Motor-CAD 通过 LAB 模块获取扭矩速度曲线。使用每安培最大扭矩电机控制策略，并涵盖恒定扭矩区域和恒定功率、磁通减弱区域。分析了高转子速度如何影响功率输出。

模型

通过以下方式进入 Motor-CAD 安装文件夹

并打开IPM_Traction_5_Lab_TorqueSpeed.mot 模型。

物理模块：实验室

选择“模型”选项卡并选择“实验室”。转到“模型构建”>>“模型选项”。在此选项卡中，我们设置饱和模型类型和损失模型类型。以下是不同模型类型的描述。

饱和度模型类型

• 固定电感模型 - 使用 Ld、Lq 的值

  

  来计算电磁性能，这些值被认为是固定的，不会随着电流大小或角度而改变。 
• 饱和模型（单步） - 建立 d 轴和 q 轴磁通链模型，并说明它们如何随电流大小和角度变化。这些是在单个转子位置进行评估的，并且假设 d/q 磁通链与转子位置无关。 
• 饱和模型（全周期） - 建立 d 轴和 q 轴磁通链模型，以及它们如何随电流大小和角度变化。这些模型在多个完整电周期内进行评估和平均。电周期数和点​​/周期数与用于扭矩计算的电周期数和点​​/周期数相同，在输入数据 -> 设置 -> 计算下的 E-Magnetic 模型中定义。 

损失模型类型

可用的损失模型选项如下：

• 忽略 - 忽略铁、磁铁、套管和带状损耗。仅使用直流相电阻计算铜损耗。由于精度较低，此选项仅推荐用于初始机器尺寸和设计优化。
• FEA 地图 - FEA 地图模型选项用于铁、磁铁、套管和带状损耗（如果存在）。DC + AC（FEA 地图）选项用于绕组/铜损耗。此选项提供最高精度，建议大多数用户使用。
• 自定义 - 可以在“损失模型”选项卡下自定义单个损失模型选项。仅推荐高级用户使用。

当饱和模型分辨率设置为自定义时，用户指定的电流/相位提前点数将用于构建正在使用的任何 FEA 地图损失模型。如果模型分辨率设置为粗略或精细，则任何 FEA 地图损失模型将使用 30 个点（与饱和模型的精细分辨率相同）。

在这篇博客中，我们将建立两个模型并比较结果：

• 单步饱和模型类型和忽略损失模型类型
• 全周期饱和模型类型和 FEA 地图损失模型类型

单步饱和模型类型 - 忽略损失模型类型

全周期饱和模型类型 - FEA 地图损失模型类型

本例中，除了直流绕组损耗外，还包括交流绕组损耗和风阻损耗。可根据需要添加轴承损耗和自定义损耗。

结果

讨论了两种饱和模型类型和损耗类型的结果。在相位超前角恒定的恒转矩区域，电机轴功率随转矩线性增加。超过基速后，必须降低反电动势以避免超过驱动电压。超过基速后相位超前角相对于交轴向90度方向增加，反电动势形状因子和

两者均减小并有助于降低扭矩。增加相位超前角会使定子绕组产生的磁通量前进以对抗转子磁通量。这减少了磁链，这就是实现磁通减弱的方法。通过减弱磁链，反电动势和扭矩会降低。 

当忽略交流损耗和机械损耗时，通过增加相位超前角（又称偏差角，即绕组电流和绕组反电动势相量之间的角度），电机轴功率保持在恒定水平。随着转子速度的增加，反电动势也会增加，但不应超过驱动电压。 电机轴功率在基速以上大致恒定，并且电机轴功率会随着速度的增加而略微下降，因为交流损耗和机械损耗会随着速度的增加而增加。

单步饱和模型类型 - 忽略损失模型类型

全周期饱和模型类型 - FEA 地图损失模型类型