JMAG在电气工程系电力电子与电气传动方向的应用

袁登科 牙生·合力力

【摘要】随着电力电子与电气传动系统的广泛应用，人们对该系统的研究日渐深入。在基于电路的计算机仿真软件基础上，JMAG等有限元分析（FEA）软件越来越多的应用到系统的磁性元件、电机的铁耗与转矩脉动等的深入分析中，文章对此方向的应用进行简要分析。

【关键词】有限元分析 转矩脉动 磁性元件

【基金项目】文章得到同济大学实验教学改革专项基金资助。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）04-0212-02

交流电气传动系统在公共交通、工业生产等领域发挥日益重要的作用，随着人们对该系统认识的逐步深入，需要采用有限元分析软件对系统中的磁性元件、交流电机等进行更加深入的研究。

目前市场上针对电机的有限元分析软件很多，如ANSOFT、JMAG、FLUX等。JMAG是日本JSOL公司研发的针对电磁场研究分析的软件，主要应用于各种电机仿真设计与电磁设备的磁场分析，具有良好的工作界面、精确且高速的分析计算以及开放的接口界面等优势。

一、JMAG软件特点

（1）简单高效的网格剖分

网格质量直接影响分析结果的准确性，JMAG提供了手动剖分、自动剖分、自适应剖分、集肤效应剖分、叠片剖分等多种网格生成方式。

（2）灵活多样的材料库

软件包含空气、线圈、非磁性材料、各向同性电工钢材料、永磁体等七种类型材料。

（3）强大的耦合计算功能

可以模拟电机内部应力、热等实际物理变化过程。

（4）与绘图软件的接口

软件提供了与DXF、GDF、SAT、IGES、CATIA等多种格式模型的导入功能。

（5）拥有铁耗与电感计算等多个专题分析工具

（6）与驱动电路软件的接口

软件含有常见的电路元件，如电阻、电感、电容、电源、绕组、电刷等，能满足一般的驱动电路连接；还提供与专业电路仿真软件（如PSIM、SIMULINK、PSPICE等）的接口。

JMAG软件由艾迪捷信息科技（上海）有限公司进行国内代理，在业界的应用与影响力越来越广泛。

二、JMAG在电力电子与电气传动方向的应用

1.磁性元件分析

以电动汽车为例，车载蓄电池的充电中往往采用带有APFC功能的充电机。车载有源功率因数校正电路中的磁性元件——电感器是一个关键元件，它影响到系统效率及EMI等特性。为此，可以采用JMAG对APFC中的电感器进行FEA建模，以便更准确的分析铜耗与铁耗；分析磁场分布情况从而可以设计合理的磁屏蔽；分析不同匝数、材料和位置的绕组对磁场的影响以及绕组和磁芯的发热情况。

2.电机性能分析

应用JMAG建立电机的有限元模型与性能分析的主要步骤如下：创建电机几何模型；定义电机不同区域材料；定义电机运动部件、运动边界、绕组等条件；定义电机绕组及外部电路；设置电机网格剖分；设置模型求解内容；分析结果的图形显示。图1给出了对永磁同步电动机进行JMAG二维有限元建模后，得到的齿槽转矩的仿真结果，采用适当角度的斜槽将有助于降低电机的转矩脉动。

图1电机齿槽转矩脉动仿真结果

3.实时仿真

JMAG的实时仿真功能组件JMAG-RT可以建立对象的高精确度计算模型。它以数值计算为基础，求解速度非常快；同时，它是基于FEA的计算，所以仍会考虑到电机损耗、饱和非线性、齿槽转矩等，从而保证较高的准确度。

JMAG-RT可在系统级仿真中为电磁装置提供一个更准确的计算模型。目前，电动汽车电气传动系统的硬件在环仿真（HILS）中经常会使用JMAG-RT模块，该模块提供了虚拟的电机模型。HILS的主要优点体现在：

①测试的极大灵活性

对于电机厂家，不需要自己做控制电路模型，并且可以方便地对比测试不同控制器的性能差异，以便更好的与电机配套；对于控制器厂家，可以更好的验证电气传动系统的可靠性。

②提高测试效率

HILS通常是实时仿真，计算时间远远小于软件在环计算。

三、结束语

文章结合电力电子与电气传动系统，介绍JMAG软件功能与特点，给出了软件在磁性元件、电机性能分析、实时仿真等方面的应用。

参考文献：

[1]袁登科.JMAG在PMSM电磁有限元分析中的应用，机电一体化，2014，12：45-49

[2]赵龙涛，尹延杰，窦钟森.基于JMAG软件的高速永磁电机的研究与设计，电工电气，2014，2：17-20

[3]http：//www.idaj.cn

作者简介：

袁登科：讲师，博士，同济大学电气工程系。

牙生·合力力：本科生，同济大学电气工程系。