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电气工具软件训练（Ⅱ）——AnsoftAnsoftMaxwell软件作为世界著名的商用低频电磁场有限元分析软件之一，在各个工程电磁领域都得到了广泛的应用。它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解，使计算变得方便、快捷、精准。Ansoft软件包括：（1）二维电磁场应用；（2）三维电磁场应用；（3）基于RMxprt旋转电机分析。本课程设计需完成的内容：（1）RMxprt旋转电机分析软件操作；（2）将RMxprt模型直接导入Maxwell2D，建立二维电机模型，进行稳态分析。一、ANsoft软件操作界面双击打开Maxwell软件（1）File状态栏包括打开、关闭、保存文件操作；（2）Edit状态栏包括剪切、复制、粘贴、删除、重命名等操作；（3）View状态栏包括各工具条、状态窗口的选择操作；（4）Project状态栏包括新建二维电磁场、三维电磁场、RMxprt软件操作。二、RMxprt软件包（1）电机模块选择选择Adjust-SpeedSynchronousMachine,点击OK，建立电机类型。图1RMxprt电机模块选择图2RMxprt电机模块界面（2）Machine项设置过程主要输入的参数分别是：极数、转子位置、计算时的初始速度、控制类型和绕组形式。做成表格如表1所示。表1Machine项参数设置项目数值极数（numberofpole）6转子位置（rotorposition）innerrotor初始速度（referencespeed）1000rpm控制类型（controltype）AC绕组电路形式（circuittype）Y3（3）Stator项设置过程需要输入的参数主要依次有：定子外径、定子内径、铁心长度、铁心材料型号、槽数、槽形。如表2所示。表2Stator项参数设置项目数值外径（outerdiameter）370mm内径（innerdiameter）250mm长度（length）110mm叠压系数（Stackingfactor）0.95钢型（steeltype）Steel_1008槽数（numberofslots）54槽形（slottype）2槽形选择（4）Slot设置过程在这里，可以选择AutoDesign，则需要输入参数有Hs0、Hs1、Hs2、Bs0、Bs1、Bs2；也可以不选择AutoDesign，则只输入Hs0、Hs1、Bs0，则其余的值系统自动计算赋值。表3Slot项参数设置项目数值Hs00.8mmHs11.8mmHs229mmBs04.4mmBs18.4mmBs212.4mm（5）Winding及End/Insulation项设置过程Winding项中主要输入的依次是：绕组的层数、定子绕组类型选择、并联支路数、每槽导体数、节距、并绕根数、导线双层绝缘厚度、线径。在End/Insulation项中，我们只输入SlotLiner槽绝缘厚度、WedgeThinkness定子槽契厚度、LimitdFillFactor最高定子槽满率，软件默认为0.75。其余的参数，系统自动计算。具体如表4，表5所示。表4Winding项参数设置项目数值绕组层数（windinglayers）2绕组形式（windingtype）whole_coiled并联支路数（parallelbranches）3每槽导体数（conductorsperslot）32节距（coilpitch）8并绕根数（numberofstrand）1导线绝缘尺寸（wirewrap）0.06mm线径（wiresize）diameter2.6mm表5End/Insulation项参数设置项目数值槽绝缘厚度（slotliner）0.3mm定子槽契厚度（wedgethinkness）3mm最高槽满率（limitdfillfactor）0.75关于绕组形式，选择全极式结构，如图3所示；导线选择设置如图4。图3全极形图4导线设置至此，定子铁心急三相绕组设置完毕，图5展示了定子绕组排列。(a)(b)图5定子绕组排列图（6）Rotor项设置过程本项中输入参数主要依次为：转子外径、内径、转子铁心长度、铁心材料类型、转子极形选择。具体如表6所示。表6Rotor项参数设置项目数值外径（outerdiameter）248mm内径（innerdiameter）140mm长度（length）110mm叠压系数（Stackingfactor）0.95钢型（steeltype）Steel_1008极形（poletype）5关于极形，这里我们选择编号为5的内置径向式转子结构，如图6所示。图6内置径向式（7）Pole项设置过程该项需要输入的是极弧系数、相邻两个磁极的桥的厚度、相邻两个永磁体间的宽距离、永磁体牌号、永磁体宽度、永磁体厚度。具体如下表所示。表7Pole项参数设置项目数值极弧（embrace）0.8桥厚度（bridge）2mm相邻两用磁体间的距离（rib）10mm永磁体牌号（magnettype）NTP-264H永磁体宽度（magnetwidth）99mm永磁体厚度（magnetthickness）4.7mm（8）Shaft项设置过程该项表明转轴是否导磁，打勾表示选择转子导磁，相当于转子轭厚度加大，需要对计算结果进行修正，如果不导磁，则不需要对结果修正。这里选择不导磁。（9）电机的仿真设置执行AnalysisSetup/AddSolutionSetup命令，弹出如图7所示界面，我们选择负载类型为恒功率负载形式，输入的参数还有额定功率、额定电压、额定转速、预计电机工作温度。图7电机仿真参数输入（10）计算结果及结果查看执行Setup1/Analysis进行分析计算，然后再执行Results/SolutionDate命令，弹出如图8所示界面，我们可以查看结果，如有Performance各类参数项、DesignSheet设计表单、Curves性能曲线。图8计算结果示意图三、Maxwell2D软件包本节主要从Maxwell2D有限元模块进行电机模型的瞬态空载、负载分析，稳态分析展现操作流程。在运行完RMxprt模块后，执行AnalysisSetup/CreateMaxwellDesign命令，会有如图9所示界面，点击OK创建Maxwell2D模块。从RMxprt模块直接一键导入的是2D瞬态场负载求解界面，系统会自动完成模型绘制、材料定义、激励源添加、边界条件给定、网剖分析和求解参数设置等前处理，我们只要进行简单的求解和后处理。在此过程中，生成的2D模型是1/6模型，如果想生成全模型，则可以执行RMxprt/DesignSetting/UserDefinedDate,然后在选择Enable，框里输入Fractions1，生成2D全模型。如图10所示。1/6模型如图11所示。图9生成maxwell2D模型对话框图102D全模型图111/6模型四、2D模型瞬态空载（1）求解设置在前面生成2D界面过程中，系统已自动设置了求解过程，其实,也可以按自己的要求设置一般设置。首先执行Maxwell2D/Analysis/Setup1/properties,弹出如图12(a)的General界面,在这里，终止时间可设为0.2s，求解时间步长设为0.002s。然后，在点击SaveField,出现如图12(b)的界面，选择线性步长LinearStep，场信息保存开始及终止时间依次设置为0、0.2s，场信息保存时间步长设置为0.005s，然后点击AddtoList，将设置增加到时间菜单中。(a)(b)图12求解时间设置（2）Winding项设置这一步中，执行Excitations/PhaseA，在type项中选择Current，则出现如图13所示界面，这里设置是为了空载情况计算。PhaseB、PhaseC设置一样。图13Winding设置（3）求解执行Analysis/Setup1命令，启动求解过程。求解完成后执行Maxwell2D/A-nalysis/Results/SolutionDate，如图14所示，可以观察解的情况。点击Profile,观察统计信息，包括求解过程中计算资源的使用情况、用户使用Maxwell2D的版本、本例的名字、用户计算机名、求解本例的起始与终止时间、自适应求解每步的三角单元数、占用内存等。点击MeshStatistics，观察剖分信息及剖分图。包括，模型各部件的剖分单元数，剖分单元最大边长、最小变长、平均边长，剖分单元最大面积、最小面积、平均面积等。图14解观察（4）磁力线观察首先执行ctrl+A全选模型，再执行Maxwell2D/Fields/Fields/A/Fluxli-nes,弹出如图15所示界面。选择AllObjects。点击done确定。输出磁力线图。（5）磁通密度分布观察首先执行ctrl+A全选模型，再执行Maxwell2D/Fields/Fields/B/Mag_B，选择AllObjects，点击done确定，输出磁通密度分布图，操作如图4.16所示。图15磁力线观察设置图16磁通密度观察设置（6）磁密矢量图这一步中，首先执行ctrl+A全选模型，然后执Maxwell2D/Fields/Fields/B/AllObject，当弹出图17界面时，点击done确定，则输出磁密矢量图。我们只介绍磁力线、磁密、磁密矢量图，其他的仿真图与上面三个操作相似。图17磁密矢量图观察设置（7）空载曲线及数据执行Maxwell2D/Results/CreateTransientReport/RectangularPlot命令，弹出如图18所示界面，在Parameter选项中选择Moving1，在Category、Quantity项中选择需要观察的曲线名称，最后点击NewReport完成设置。也可以观察数据表，执行Maxwell2D/Results/CreateTransientReport/DateTable，输出数据表。图18曲线设置五、2D模型瞬态负载由于从RMxprt模块直接一键导入的是2D瞬态场负载求解界面。所以，首先执行Excitations/PhaseA。如图19所示，确定在负载工作条件下，点击确定。剩余操作跟空载操作流程相同。这里不再赘述。图19Winding设置参考文献：赵博，张洪亮等.Ansoft12在工程电磁场中的应用，中国水利水电出版社，2010.