基于Ansoft的单相串激电动机性能

摘 要 论文以一款家用食物搅拌机用单相串激电动机为例,对单相串激电动机的运行性能加以研究.利用Ansoft电磁场仿真软件仿真了电机在交流和直流电源供电时的运行情况,通过仿真及理论分析可知,在直流电源下单相串激电动机的转速要比交流电源下高,且在直流电源下单相串激电动机的效率比交流电源下高,这些结果为以后对单相串激电动机的研究提供了一些有价值的参考.

关 键 词 单相串激电动机；交直流电源；仿真；特性分析

中图分类号TM3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）113-0101-02

0 引言

单相串激电动机是一种应用非常广泛的单相电动机,这种电机具有很多优点,比如使用简单、调速方便、转速高、体积小、起动转矩大、过载能力强等.在我们的日常生活中,很多家用电器以及电动工具都是以单相串激电动机作为动力的,例如吸尘器、电吹风、搅拌机、电动缝纫机等家用电器以及手电钻、电刨、电锯、电锤、电剪、电扳手等各种电动工具.而且,随着国民经济的飞速发展和人民生活水平的显著提高,单相串激电动机的应用领域还在日益增多.

本文以一款家庭食物搅拌机用的单相串激电动机为例,对单相串激电动机的运行性能加以研究.对于普通的电机,它们所接的电源一般只有直流电源或交流电源其中的一种,而根据单相串激电动机自身的结构特点,它既可以在交流电源下运行,又可以在直流电源下运行,因此可以利用Ansoft电磁场仿真软件仿真单相串激电动机分别在交流和直流供电情况下的运行情况.通过仿真对比及理论分析,对单相串激电动机在两种电源下运行时的转矩、转速及效率情况加以研究,得出单相串激电动机在两种电源下运行时各自的特点,并且对比分析了单相串激电动机在两种电源下各种性能的优劣,为在一些特殊场合使用单相串激电动机需要选择电源时提供一些依据,也为以后对单相串激电动机的研究提供一定的参考价值.

1.模型的建立

本文以一款家庭食物搅拌机用单相串激电动机为例,对单相串激电动机在交流电源和直流电源下的运行性能分别加以研究,其技术指标如下：电源：220V；输入功率P：140±5%W；额定转速n：14000±5%r/min；额定效率η：≥60%；功率因数.

本文采用Ansoft电磁场仿真软件对电机进行建模及仿真分析.首先根据电机各部分的结构尺寸、 材料来建立电机的物理模型,具体操作步骤是：先在 Auto-CAD中画出单相串激电动机的平面图；然后导入Ansoft,设置定、转子材料型号；然后生成绕组,设定激磁绕组匝数；最后生成运动部件.有了物理模型,还需要根据串励电机的运行原理建立电机的电路模型,确定电枢绕组和换向片的正确连接,然后与激磁绕组串联,设置电刷、电源参数,最后连接电路.

2电机性能仿真

2.1 转速

将电机分别接在交流220V和直流220V电源上运行,用Transient求解器仿真求得电机在空载情况下的转速随时间变化的波形.由空载运行曲线可知：在交流220V电源下,电机稳定后转速为17490r/min,而在直流220V电源下,电机稳定后转速为17892r/min.

将电机负载设置为0.095Nm,用Transient求解器求得电机在负载情况下的转速随时间变化的波形.由负载运行曲线可知：在交流220V电源下,电机稳定后转速为12480r/min,而在直流220V电源下,电机稳定后转速为13483r/min.

在直流电源下,串激电机的电压平衡式为：

（4）

其中,U为电源电压,E为电枢反电势,,代入公式（4）得：

（5）

而在交流电源下,串激电机的电压平衡式为：

（6）

其中,为功率因数,E为电枢反电势,,代入公式（6）得：

（7）

比较公式（5）和（7）可知,串激电机在直流电源下的转速要比交流电源下大,仿真得出结果与公式结论相符.

2.2 效率

将电机接在交流220V电源上运行时,电机的效率可由下式计算：

（8）

其中,为额定电压220V,I为负载电流,,代入、、、得I等于1.098A,又因电机总损耗为101W,代入公式（8）可求出.

将电机接在直流220V电源上运行时,电机的效率可由下式计算：

（9）

代入、I、的数值可求出.

由此可见,单相串激电机在直流电源下的效率比交流电源下高.

3结论

根据前面的仿真对比和理论分析可知,利用Ansoft电磁场仿真软件能够准确的分析单相串激电动在不同电源下的运行性能.通过对单相串激电动机在两种电源下运行时转速和效率情况的研究,得出以下结论：单相串激电动机在直流电源下的转速要比交流电源下大,而且电机在直流电源下的效率比较高.根据这些结论我们可以了解殊场合使用单相串激电动机需要选择电源单相串激电动机的一些运行特性,在一些特的情况下提供了一些依据,并为今后对单相串激电动机的研究提供了一定的参考价值.