Ansoft12在工程电磁场中的应用

Ansoft12在工程电磁场中的应用主讲人：杨菲Ansoft界面介绍图1Ansoft界面永磁同步电机静磁场分析•问题描述三相永磁同步电动机，由定子铁心、定子绕组、永磁体、转子铁心组成。电机定子内径、外径分别为110mm，174mm。极数4，定子槽数36。一、创建项目1.双击图标打开Ansoft软件。3.在项目管理窗口右击，选择Rename命令，输入PMSM-Magstatic，如图2所示。2.单击图标，进入2D求解域。图2项目文件重命名界面4.单击图标，在已知目录下保存文件，其文件名为PMSM-Magstatic，如图3所示。图3项目保存目录对话框二、构建几何模型1.执行Modeler/Units命令，选择几何模型的单位为mm。2.建立电机的定子槽在屏幕下方的坐标对话框中分别输入线段的起末点位置坐标，其点坐标分别为（-1.25，55.0），（-1.25，56.3），（-2.5，57.0），（-4，74.3），生成电机半槽部分模型，如图4所示。图4电机半槽直线段模型3.选择已建立的线段，执行Edit/Duplicate/Mirror命令，在X轴上任取两点。4.执行Draw/Arc/CenterPoint命令，以（0，74.3），（-4，74.3），（4，74.3）这三点完成定子槽底弧线部分模型的建立，如图5所示。图5槽底弧线及定子槽模型图5.执行Edit/Duplicate/AroundAxis命令，沿轴复制，在Axis选择沿z轴复制，相隔10°，进行36次复制。如图6-7所示。图7复制后的定子槽图6定子槽复制对话框6.执行Draw/Arc/CenterPoint命令，以（0，0）作为中心原点，将各个定子槽用圆弧连接。按Ctrl+A键选择所有物体，执行Modeler/Boolean/Unite命令，命名为“slot”。操作及模型如图8所示。图8布尔运算后生成电机定子槽7.绘制电机绕组，执行Draw/Line命令，分布输入（-2，57），（-3，74.3），执行Edit/Duplicate/Mirror命令，然后执行Draw/Arc/CenterPoint命令，以（0，74.3）作为中心原点，两侧点坐标分别为（-3，74.3），（3，74.3）绘制弧线，并将所有线段闭合连接，执行Modeler/Boolean/Unite命令。8.执行Modeler/Surface/CoverLines，生成一个面，并改名为“coil”，如图9所示。图9单个定子槽绕组模型9.执行Edit/Duplicate/AroundAxis命令，沿轴复制，在Axis选择沿z轴复制，相隔10°，进行36次复制。如图10所示。图10定子槽绕组模型10.创建电机定子冲片模型。执行Draw/Circle命令，原点为（0，0），半径为87mm，名字为“stator”。选择“slot”，利用Modeler/Surface/CoverLines生成面。11.选择“stator”和“slot”，执行Modeler/Boolean/Substract命令。得到定子模型，如图11所示。图11电机定子冲片模型12.创建永磁体。执行Draw/Line命令，分布输入（0，49），（0，54）。选择该直线，执行Draw/Sweep/AroundAxis命令，在“SweepAroundAxis”对话框中输入旋转角度为80°，并改名为“Permant”。13.执行Edit/Duplicate/AroundAxis命令，沿轴复制，在Axis选择沿z轴复制，相隔90°，进行4次复制。如图12所示。图12永磁体模型14.创建电机转子冲片模型。执行Draw/Circle命令，原点为（0，0），半径为49mm和19mm的两个圆，名字分别为“rotor”和“rotor1”。15.选择“rotor”和“rotor1”，执行Modeler/Boolean/Substract命令，得到电机模型，如图13所示。16.利用图标建立求解区域。图13电机几何模型材料描述气隙的材料属性为空气绕组coil的材料属性为铜定子铁心和转子的材料属性为DW465-50，一种电机常用非线性材料永磁体材料定义为P-Mag，并指定永磁磁极三、材料属性1.绕组coil的赋值方法选择所有coil，在工程状态栏中，点击Material，在“SelectDefinition”对话框中，选取“copper”，如图14所示。图14绕组属性赋值2.定子和转子的赋值方法与绕组的赋值相同。如图15-17所示。图15添加材料属性图图16添加材料库图17材料赋值若是需要一种新材料，可以通过输入其bh曲线进行赋值。如图18所示。图18BH曲线编辑器3.永磁体的赋值。进入材料管理器，单击Addmaterial按钮，在MaterialName中输入P-Mag。在矫顽力Hc中输入-947000，单位为A/Meter；在剩余磁感应强度Br中输入1.25，单位为tesla，如图19所示。图19永磁材料属性对话框输入负值4.建立新的相对坐标系统，执行Modeler/CoordinateSystem/Create/RelativeCs/rotated命令，并将名称改为N-Pole，如图所示。按照上述方法分别建立其他三个相对坐标系，名字分别为N-Pole2，S-Pole和S-Pole2。5.将各个相对坐标系统分别给各个磁极，如图21所示。图21永磁体属性设置图20相对坐标系统的建立四、激励源与边界条件定义及加载1.绕组分相，根据电机设计中绕组排列对三相永磁同步电机定子槽中的绕组进行分相，各相正绕组用“Phase”表示，负绕组用“Return”表示。按下图22所示进行分相。图22电机绕组分布图2.加载电流激励源。选择“A_Phase”相六个绕组，执行Maxwell2D/Excitations/Assign/Current命令，如图22所示。图22电流源的设置3.加载边界条件。执行Edit/Select/Edge命令，选择定子外圆。执行Maxwell2D/Boundaries/Assign/VectorPotential命令。图23位函数边界设置将选择物体设置为边五、求解选项参数设定1.力和力矩的设置选取永磁体和转子面，执行Maxwell2D/Parameters/Assign/Force或Torque命令。图24力和力矩参数设置对话框2.网格剖分设置。执行Maxwell2D/MeshOperations/Assign/OnSelection（或InsideSelection、SurfaceApproximation）命令。图25剖分设置3.求解残差设定。执行Maxwell2D/AnalysisSetup/AddSolutionsetup命令。图26求解设置对话框4.分析自检。执行Maxwell2D/ValidationCheck命令。图27自检过程1.自检完成后，执行Maxwell2D/Analysisall命令。图28求解过程2.执行Maxwell2D/Results/Solutiondata命令。六、后处理图29解观察对话框图27收敛数据信息图28三角单元与收敛数据关系3.观察力和力矩信息。图29力信息图30力矩信息Maxwell2D磁场分析时，Z轴长度是以1m深进行计算的，而实际长度却是80mm，因此电机受到的实际力矩是：Ta=T×depth=2.2658×0.08=0.1812644.观察剖分信息和剖分图。执行Maxwell2D/Fields/Plotmesh命令，显示电机模型剖分情况，如图31-32所示。图31模型剖分统计信息图32模型剖分图5.观察磁场分布。选择所有物体，执行Maxwell2D/Fields/Fluxlines命令。图33场图设置对话框图34电机磁力线分布5.观察磁通密度分布。选择所有物体，执行Maxwell2D/Fields/B/Mag_B命令。图35场图设置对话框图36电机磁通密度云图分布6.气隙磁密波形的显示1）利用图标绘制一个圆点为（0，0），半径为54mm的圆形，并改名为“Br1”。2）选择“Br1”，利用图37所示，将面变为线。3）由图38-39所示，得到负载气隙磁密分布图。图37Br1由面变线图38显示Br1的磁密曲线图39负载气隙磁密分布图7.极间漏磁因数1）利用图标绘制4个点，分别为P1,P2,P3,P4，如图所示;2）利用图40-41所示，求出各点的AZ值；图40取点位置图P1，P2，P3，P4分别对应于A1，A2，A3，A4P1点的Az值32101AAAA极间漏磁因数1.013