Getting Started with RMxprt

for Switched Reluctance Motors (SRM)

 

Step 1:點選Maxwell 11的圖示,進入Maxwell – Project1的視窗畫面。

PIC1  

圖1:Maxwell 11圖示

PIC2  

 

圖2:Maxwell – Project1視窗畫面

 

Step 2:選取Project內之Insert RMxprt Design,建立RMxprt的設計專案,於Select Machine Type內選擇欲設計之馬達種類Switched Reluctance Motors。

PIC3  

圖3:建立RMxprt的Project

PIC4  

圖4:選取欲設計之馬達種類

PIC5  

 

圖5:設定完成後之Project視窗畫面

 

Step 3:進入專案管理視窗區內,將RmxprtDesign1展開,點選Machine後,於屬性視窗區內設定Machine參數。

PIC6 

圖6:專案管理視窗區 Project Manager

PIC7   

 

圖7:Machine屬性視窗區 Properties 

 

Frictional Loss:摩擦損 

Wind Loss:風損 

Reference Speed:查詢轉速設定,會分析在此轉速下之馬達性能資料。 

Control Type:控制策略,點選後有DC及CCC兩種控制方式可供選擇。 

DC:直流電源輸入,電流大小不受控制,在低轉速時會產生大電流。 

CCC:Chopped Current Control (電流截波控制),利用電子開關以限制輸入電流之大小。

 

PIC8  

圖8:CCC典型電流波形

 

Circuit Type:驅動電路,有Full-Voltage、Half-Voltage及Coupled-Coil三種可供選擇。 

 

Full-Voltage:非對稱半橋型驅動器,每相繞組使用兩個功率開關電晶體及兩個飛輪二極體,單相獨立操作,為SRM最基本之驅動電路。 

 

優點:容錯性高,單相損毀尚能持續運作。控制靈活,每相有兩功率開關電晶體可自由操作。 

 

缺點:成本高,使用電子元件數量多。

PIC9    

圖9:Full-Voltage非對稱半橋型驅動器 

 

Half-Voltage:電壓均分型驅動器,使用兩個電容將電壓均分為二,中間為中性點,有正負雙向電源之功能,適用於有正負極及接地端之電源供應系統及偶數相SRM。

優點:成本低,每相僅需一功率開關電晶體及飛輪二極體。 

缺點:偶數相SRM才可使用。各相電流必須保持平衡,以維持中性點之電位。容錯性差,單相故障則無法持續運轉。

PIC10  

圖10:Half-Voltage電壓均分型驅動器

 

Coupled-Coil:雙繞組式驅動器,僅適用於每相均具有兩組相反繞向之激磁線圈結構之SRM。

優點:容錯性高,單相可獨立操作控制。驅動器成本較低,每相僅需一功率開關電晶體及飛輪二極體。 

缺點:雙繞組之銅損值較大,繞線成本亦增加,且繞組使用率下降。由於雙繞組之耦合,使功率開關電晶體需承受兩倍之電壓。

PIC11  

 

圖11:Coupled-Coil雙繞組式驅動器

  

Step 4:於專案管理視窗區內,將Machine展開,點選Circuit,進入屬性視窗區內設定Circuit參數。
PIC12   

圖12:專案管理視窗區Machine展開

PIC13  

圖13:Circuit屬性視窗區

 

Lead Angle of Trigger:輸入電源領先觸發之電角度。如公式1所示,輸入電流應在電感L增加為正值時導通,以獲得正向轉矩,然因電感之作用,使電流上升至最大值時需要一段時間,如圖14所示,因此可設計提前導通開關,使電流之最大值能維持在電感增加之區間,以達到最大轉矩輸出。

公式1

 

Trigger Pulse Width:觸發脈波寬度,如圖14中之Turn on至Commutation之電角度範圍,最大值可設為180度。

 

Transistor Drop:電晶體所產生之壓降值。

 

Diode Drop:二極體所產生之壓降值。

 

 

 

在Machine屬性內之Control Type中選擇CCC後,會出現之設定參數。

 

Maximum Current:最大電流值,如圖8中之iH。

 

Minimum Current:最小電流值,如圖8中之iL。

 

PIC14    

 

圖14:觸發導通角示意圖

 

Step 5:於專案管理視窗區內,點選Stator,進入屬性視窗區內設定Stator參數。

PIC15

 圖15:Stator屬性視窗區

 

Outer Diameter:輸入定子外徑

Inner Diameter:輸入定子內徑

Length:輸入定子長度

Stacking Factor:堆疊因素,因矽鋼片係一片片堆疊而成,有表面絕緣材料及空隙,因而影響實際定子長度的參數。

Steel Type:選擇定子材料。

Number of Poles:定子極之數。

Embrace:輸入定子齒極寬之比例值。

Yoke Thickness:定子軛部厚度。

 

Step 5:Stator屬性視窗區點選Steel Type欄內之Not Assigned (未指定)後,會進入Select Definition視窗畫面,在此可選擇所需之材料。

PIC16  

 

圖16:Select Definition視窗畫面

 

View/Edit Materials:顯示材料之詳細參數,並可進行修改。 

Add Material:建立新材料。 

Clone Material(s):複製現有材料屬性。 

Remove Material(s):移除材料。 

Export to Library:新材料建立完成後,可點選輸出至自建之資料庫。

 

若欲使用已建立完成之資料庫,可點選Tools中之 Configure Libraries指令,於Configure Design Libraries視窗畫面中,將已建立完成之資料庫加入此專案之材料資料庫中。

PIC17  

圖17:Configure Libraries指令

PIC18  

 

圖18:Configure Design Libraries視窗畫面

 

於Available Libraries內選擇欲添加之材料資料庫,點選>>則可添加完成,完成後之材料資料庫有綠色標示,之後即可在Select Definition視窗畫面上選取不同之材料資料庫以選取材料。 

若欲建立新材料,則在點選Add Material後,會進入材料之屬性視窗,在此設定材料之屬性參數及名稱。

PIC19  

 

圖19:材料之屬性視窗

 

Material Name:輸入材料名稱。 

View/Edit Material for:在此處點選All Products可顯示全部之屬性欄位。 

Name:顯示材料屬性名稱 

Type:表示參數之數值型式,部份可點選更改,主要分為Simple、Anisotropic、Nonlinear及Vector四種。 

Value:參數之數值,依Type之不同而填入數值之方式亦異。 

Units:使用單位,部份可點選更改。 

 

Step 6:於專案管理視窗區內,將Stator展開,點選Winding,進入屬性視窗區內設定Winding參數。

PIC20  

圖20:專案管理視窗區Stator展開

PIC21  

圖21:Winding屬性視窗區

 

Insulation Thickness:定子表面絕緣厚度。

End Adjustment:繞線端部參數,可參考圖22。

Parallel Branches:每相之並聯導體數。

Turns per Pole:定子每一齒極之繞線圈數,可設為0,讓軟體自行設計。

Number of Strands:所使用的金屬導體數,可設為0,讓軟體自行設計。

Wire Wrap:導體線圈絕緣層厚,可參考圖23,Wire Wrap = 2 * y。

Wire Size:導體線圈尺寸,可設為0,讓軟體自行設計。

PIC22  

圖22:End Adjustment示意圖

PIC23  

 

圖23:漆包線圈絕緣漆包膜示意圖

 

Step 7:於專案管理視窗區內點選Rotor,進入屬性視窗區內設定Rotor參數。PIC24

 

圖24:Rotor屬性視窗區

 

Outer Diameter:轉子外徑。 

Inner Diameter:轉子內徑。 

Length:轉子長度。 

Steel Type:轉子材料。 

Stacking Factor:堆疊因素。 

Number of Poles:轉子齒極數。 

Embrace:輸入轉子齒極寬之比例值。 

Yoke Thickness:轉子軛部厚度。 

 

Step 8:於專案管理視窗區內點選Shaft,進入屬性視窗區內設定Shaft參數,設定軸心是否具有磁性。

PIC25  

圖25:Shaft屬性視窗區

 

Step 8:於專案管理視窗區內點選Analysis,按滑鼠右鍵,點選Add Solution Setup,進入Solution Setup視窗畫面進行設定。

PIC26  

圖26:點選Add Solution Setup

PIC27  

  

圖27:Solution Setup視窗畫面

 

Load Type:負載模式,有Const Speed、Const Power、Const Torque、Linear Torque及Fan Load四種可選擇。

Rated Output Power:額定輸出功率。 

Rated Voltage:額定電壓。 

Rated Speed:額定轉速。 

Operating Temperature:工作溫度。

 

 

Step 9:先點選RMxprt指令符號中綠色打勾之Validate,核對設定資料,再點選綠色驚嘆號之Analyze All,進行SRM參數分析之後,即可點選Solution Date及Curve查詢馬達各項數據資料。

 

PIC28

圖28:RMxprt使用之指令符號欄  

PIC29  

 

圖29:Validate訊息視窗 

 

若發生設定錯誤或不合理之情況,會以紅色打叉之記號標示,並同時可查詢Message Manager視窗,會標示錯誤之原因。

PIC30   

圖30:Message Manager視窗

PIC31  

圖31:Solution Date視窗畫面

 

 

 

 

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