无刷直流电机有限元仿真【字数：10288】
摘 要本课题研究的对象为无刷直流电机，课题的目的和意义在于通过此次毕设，清晰的了解无刷直流电机的构造及其特性曲线，并能熟练的使用仿真软件Maxwell进行电机的仿真。本课题首先通过使用有限元分析软件Maxwell对无刷直流电动机进行2维模型的创建，然后设置其电机各部分材料属性，进行铁耗求解，对电机模型进行边界条件设置和网格剖分，添加空气部件Band，设置电机激励参数，创建3相绕组，对无刷直流电机的驱动电路进行绘制，设置时间与步长，最后通过软件采用的有限元法进行后处理，得到电机的磁云密图、磁力线的分布图、空载气隙磁密波形图、运行特性（空载反电势波形图、负载电流波形图和负载转矩）。
目录
1.绪论 1
1.1 无刷直流电机的发展与应用 1
1.1.1无刷直流电机的产生 1
1.1.2无刷直流电机国内外发展现状 1
1.1.3无刷直流电机的发展趋势 1
1.2无刷直流电机有限元仿真的目的和意义 2
1.3无刷直流电机仿真的相关参数 3
2.Maxwell软件及其有限元法 4
2.1 Maxwell软件的介绍 4
2.2有限元法 4
3.电机的建模 6
3.1电机模型的创建 6
3.1.1定子模型的创建 6
3.1.2 转子模型的创建 7
3.1.3永磁体和定子绕组的创建 7
3.2设置电机材料属性 8
3.3建立永磁体的面坐标系 8
3.4铁耗求解的设置 9
3.5边界条件的设置 9
3.6网格剖分 9
3.6.1静磁分析中的网格剖分 9
3.6.2 瞬态分析中的网格剖分 9
3.7设置时间和步长 10
3.8创建3相绕组 10
3.9无刷直流电机控制电路 11
4.仿真结果分析 12
4.1磁云密图 12
4.2 磁力线 13
4.3铁耗曲线 13
4.4空载气隙磁密 14
4.5齿槽转矩 14
4.6空载反电势 15 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.7负载电流 16
4.8负载转矩 16
4.9 波形对比分析 17
5.总结 20
6.参考文献 21
7.致谢 22
1.绪论
本章主要是介绍了一下课题仿真所使用的电机—无刷直流电机。本章先从无刷直流电机的产生开始介绍，然后介绍了无刷直流电机在国内外的发展现状，清晰的了解到现在国内外无刷直流电机的发展水平；紧接着从电力电子及微处理器技术、永磁材料、新型无刷直流电机的开发、先进控制策略的应用这4个方面讲述了无刷直流电机的发展趋势。再然后阐明了一下此次课题研究的目的和意义。最后对本次电机仿真的参数进行一个表格的汇总。
1.1 无刷直流电机的发展与应用
1.1.1无刷直流电机的产生
在无刷直流电机产生之前，所用的直流电机都为有刷直流电机，因为其换向的方式时采用电刷来进行机械换向的操作，所以其在换向的时候避免不了产生机械间的碰撞，也就导致了电机在运行时会出现噪声，火花等问题。为了解决此问题，研发出来了无刷直流电机。无刷直流电机主要由电机本体和位置传感器构成。无刷直流电机的换向方式与有刷直流电机不同，它通过位置传感器的检测进行换向来代替有刷直流电机的电刷机械换向。消除了电机在运行时发生的机械摩擦，避免了电机在运行时产生噪声和火花等问题，使得电机的寿命得以增长，近几年随着无刷直流电机在结构设计、控制理论和电机原理等方面取得了重大的突破，无刷直流电机已经进入了国民经济领域，特别是在冰箱、汽车、空调等方面，应用十分广泛。无刷直流电机的发展前景一片良好。
1.1.2无刷直流电机国内外发展现状
目前，我国无刷直流电机的水平已经相当先进，已经赶上了很多发达国家，国外无刷直流电机水平最先进的两个国家为日本和美国，其分别在民用和军工领域处于遥遥领先地位。无位置传感器控制技术、无刷直流电机转矩波动抑制、电机设计和控制方法和集成化无刷直流电机控制器成为了国内外无刷直流电机的研究方向的三大重点。目前，国内外在研究无刷直流电机的无位置传感器技术，已经可以通过模拟信号进行转子位置的检测，检测方便、快捷。也使得其电机尺寸获得减小，不过其存在着系列的问题，如无刷直流电机启动困难等。因此无位置传感器技术也成为了国内外研究的一个热点。
1.1.3无刷直流电机的发展趋势
无刷直流电机的发展主要在以下4个方面。
1.电力电子及微处理器技术的发展。1.1小型化和集成化：随着微机技术的技术发展，使得无刷直流电机趋于小型化和集成化。1.2控制器全数字化：使用控制器可以有效的提高无刷直流电机的性能，因此，控制器全数字化成为了无刷直流电机的一个重要的发展趋势。1.3绿色PWM控制及其高效化：在当今社会中，环境的日益破坏，导致生态环境出现了严重的危机，因此为了保护生态环境，绿色化成为了无刷直流电机的一个重要发展趋势，而电机的效率问题直接影响了电机制造的产品，所以高效化同样十分重要。所以，电力电子的发展对于无刷直流电机的发展至关重要。
2.永磁材料：在无刷直流电机上使用永磁材料是未来发展的一个新趋势，现在很多无刷直流电机都采用永磁材料，这种电机被称为永磁无刷直流电机，永磁材料有着良好地性能，使得无刷直流电机的效率得到提高，所以发现新的永磁材料，会使无刷直流电机发展的更好。
3.新型无刷直流电机的开发：目前大部分无刷直流电机都是有齿无刷直流电机，因为其存在齿槽转矩，使得电机在运行时出现噪音和运动不平稳等现象，无法满足很多高要求设备，因此无齿无刷直流电机作为一种新型的无刷直流电机与其他新型无刷直流电机会成为无刷直流电机一个重要的发展趋势。
4.先进控制策略的应用：基于现代控制理论的非线性控制方法在无刷直流电机控制中得到了应用，使得系统具备高质量的动态和稳态性能，所以无刷直流电机的控制算法对于无刷直流电机来说显得相当重要。先进的控制算法会是未来研究的热点之一。
目录
1.绪论 1
1.1 无刷直流电机的发展与应用 1
1.1.1无刷直流电机的产生 1
1.1.2无刷直流电机国内外发展现状 1
1.1.3无刷直流电机的发展趋势 1
1.2无刷直流电机有限元仿真的目的和意义 2
1.3无刷直流电机仿真的相关参数 3
2.Maxwell软件及其有限元法 4
2.1 Maxwell软件的介绍 4
2.2有限元法 4
3.电机的建模 6
3.1电机模型的创建 6
3.1.1定子模型的创建 6
3.1.2 转子模型的创建 7
3.1.3永磁体和定子绕组的创建 7
3.2设置电机材料属性 8
3.3建立永磁体的面坐标系 8
3.4铁耗求解的设置 9
3.5边界条件的设置 9
3.6网格剖分 9
3.6.1静磁分析中的网格剖分 9
3.6.2 瞬态分析中的网格剖分 9
3.7设置时间和步长 10
3.8创建3相绕组 10
3.9无刷直流电机控制电路 11
4.仿真结果分析 12
4.1磁云密图 12
4.2 磁力线 13
4.3铁耗曲线 13
4.4空载气隙磁密 14
4.5齿槽转矩 14
4.6空载反电势 15 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.7负载电流 16
4.8负载转矩 16
4.9 波形对比分析 17
5.总结 20
6.参考文献 21
7.致谢 22
1.绪论
本章主要是介绍了一下课题仿真所使用的电机—无刷直流电机。本章先从无刷直流电机的产生开始介绍，然后介绍了无刷直流电机在国内外的发展现状，清晰的了解到现在国内外无刷直流电机的发展水平；紧接着从电力电子及微处理器技术、永磁材料、新型无刷直流电机的开发、先进控制策略的应用这4个方面讲述了无刷直流电机的发展趋势。再然后阐明了一下此次课题研究的目的和意义。最后对本次电机仿真的参数进行一个表格的汇总。
1.1 无刷直流电机的发展与应用
1.1.1无刷直流电机的产生
在无刷直流电机产生之前，所用的直流电机都为有刷直流电机，因为其换向的方式时采用电刷来进行机械换向的操作，所以其在换向的时候避免不了产生机械间的碰撞，也就导致了电机在运行时会出现噪声，火花等问题。为了解决此问题，研发出来了无刷直流电机。无刷直流电机主要由电机本体和位置传感器构成。无刷直流电机的换向方式与有刷直流电机不同，它通过位置传感器的检测进行换向来代替有刷直流电机的电刷机械换向。消除了电机在运行时发生的机械摩擦，避免了电机在运行时产生噪声和火花等问题，使得电机的寿命得以增长，近几年随着无刷直流电机在结构设计、控制理论和电机原理等方面取得了重大的突破，无刷直流电机已经进入了国民经济领域，特别是在冰箱、汽车、空调等方面，应用十分广泛。无刷直流电机的发展前景一片良好。
1.1.2无刷直流电机国内外发展现状
目前，我国无刷直流电机的水平已经相当先进，已经赶上了很多发达国家，国外无刷直流电机水平最先进的两个国家为日本和美国，其分别在民用和军工领域处于遥遥领先地位。无位置传感器控制技术、无刷直流电机转矩波动抑制、电机设计和控制方法和集成化无刷直流电机控制器成为了国内外无刷直流电机的研究方向的三大重点。目前，国内外在研究无刷直流电机的无位置传感器技术，已经可以通过模拟信号进行转子位置的检测，检测方便、快捷。也使得其电机尺寸获得减小，不过其存在着系列的问题，如无刷直流电机启动困难等。因此无位置传感器技术也成为了国内外研究的一个热点。
1.1.3无刷直流电机的发展趋势
无刷直流电机的发展主要在以下4个方面。
1.电力电子及微处理器技术的发展。1.1小型化和集成化：随着微机技术的技术发展，使得无刷直流电机趋于小型化和集成化。1.2控制器全数字化：使用控制器可以有效的提高无刷直流电机的性能，因此，控制器全数字化成为了无刷直流电机的一个重要的发展趋势。1.3绿色PWM控制及其高效化：在当今社会中，环境的日益破坏，导致生态环境出现了严重的危机，因此为了保护生态环境，绿色化成为了无刷直流电机的一个重要发展趋势，而电机的效率问题直接影响了电机制造的产品，所以高效化同样十分重要。所以，电力电子的发展对于无刷直流电机的发展至关重要。
2.永磁材料：在无刷直流电机上使用永磁材料是未来发展的一个新趋势，现在很多无刷直流电机都采用永磁材料，这种电机被称为永磁无刷直流电机，永磁材料有着良好地性能，使得无刷直流电机的效率得到提高，所以发现新的永磁材料，会使无刷直流电机发展的更好。
3.新型无刷直流电机的开发：目前大部分无刷直流电机都是有齿无刷直流电机，因为其存在齿槽转矩，使得电机在运行时出现噪音和运动不平稳等现象，无法满足很多高要求设备，因此无齿无刷直流电机作为一种新型的无刷直流电机与其他新型无刷直流电机会成为无刷直流电机一个重要的发展趋势。
4.先进控制策略的应用：基于现代控制理论的非线性控制方法在无刷直流电机控制中得到了应用，使得系统具备高质量的动态和稳态性能，所以无刷直流电机的控制算法对于无刷直流电机来说显得相当重要。先进的控制算法会是未来研究的热点之一。
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