摘要：使用Ansoft軟件輔助直線感應電機的設計和分析，并對電機的磁場分布和運行性能進行仿真給出了仿真結果，并對仿真方法作了簡要的說明。 關鍵詞：直線感應電機；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。另一方面，當短初級直線感應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。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，也是需要考慮的。 由于其結構的特殊性，其性能指標與傳統(tǒng)的旋轉感應電機差別較大。橫向邊緣效應，特別是端部效應的存在，使得直線感應電機的瞬態(tài)特性分析要比旋轉感應電機困難的多。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用。有限元商業(yè)化軟件已成為電機設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、集膚效應和鄰近效應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、溫度分布等圖形結果。此外還能自動計算力、轉矩、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電機是相當方便的。 Maxwell 2D/3D軟件目前己經(jīng)被廣泛應用于電機、電子、汽車、航空、航天、生物醫(yī)學和國防軍工等領域，世界上相關領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。 3 直線感應電機電磁分析 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，作為輸入，便能獲得所需的結果，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)直線感應電機各部分設計尺寸，畫出電機二維幾何模型。 3.確定直線感應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合次級直線感應電動機空載起動進行仿真分析。電機設計參數(shù)，如表1所示。 [align=center]表1直線感應電動機算例參數(shù) [/align] 在Ansoft中的幾何模型如圖1所示。 [align=center] 圖1 ANSOFT Maxwell 2D 的直線感應電機模型[/align] 4.1 磁場分析 圖2為直線感應電機的二維有限元剖分圖。 [align=center] 圖2 有限元剖分結果[/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 仿真結果 直線感應電機起動時推力、法向力曲線隨時間的變化曲線如圖5所示。 [align=center] 圖5 直線感應電機仿真結果[/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、感應電動勢、轉子磁鏈等。采用Maxell2D對直線感應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電動機瞬態(tài)性能。通過仿真分析，可以避免“設計— 試制— 修正”的復雜過程，對于設計人員來說，可能通過軟件的分析來及時發(fā)現(xiàn)設計的缺陷，適當調(diào)整設計參數(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的直線感應電機性能分析，微特電機，2006.11:22-26 3.張紅梅.直線感應電機牽引系統(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