有限元分析软件Ansoft在电机领域中的应用

有限元分析软件Ansoft在电机领域中的应用一ansoft软件各模块的简单介绍1RMxprt该软件用于探索电机设计空间、快速确定设计方案，并能进行优化设计它已经可以进行十三种电机类型的设计：三相感应电机单相感应电机永磁无刷直流电机永磁直流电机通用电机开关磁阻电机调速运行永磁同步电机自起动三相永磁同步电机三相同步电机三相同步发电机永磁同步发电机特点：向导式介面，参数化输入:工作条件,几何尺寸,材料特性基于磁网路法的快速解析分析详细的结果输出：图形和表格利用对称条件生成最小有限元分析模型，用于电机动态过程详细有限元分析参数化设计能力：尺寸、材料等无需指定。可用一定变化范围的变量表示优化设计功能求解时考虑材料非线性b–h特性自动设计功能:槽型设计和线规选择提供丰富的预设计电机模型库输入数据自动验证提供美国、中国材料库和公制、英制尺寸针对电机种类的多种绕组型式和用户定义绕组连接方式多种负栽种类:恒功率、恒转矩、恒转速、风机水泵三维斜槽和端部效应无刷电机、开关磁阻电机、永磁同步电机驱动线路类型、控制方式选择和开关管参数设定2.Maxwell2D二维电磁场、温度场，瞬态场分析软件，Maxwell®2D是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分析软件，一般在电磁物体满足轴向均匀或RZ对称的条件下采用。3.Maxwell3D包括电场、稳态磁场和交流磁场、动态电磁场、损耗计算和热分析模块，其核心是针对三维电磁场分析而优化的有限元技术。向导式的用户界面、精度驱动的自适应剖分技术和强大的后处理器使得Maxwell3D成为业界最佳的高性能三维电磁设计软件。可以分析涡流、位移电流、集肤效应和领近效应具有不可忽视作用的系统，得到电机、母线、变压器、线圈中涡流的整体特性。功率损耗、线圈损耗、某一频率下的阻抗(R和L)、力、转矩、电感、储能等参数可以自动计算。同时也可以给出整个相位的磁力线、B和H分布图、能量密度、温度分布等图形结果。4.OptimetricsOptimetrics是Maxwell3D的选件模块，用于优化、参数分析和敏感性分析。Optimetrics为设计者评估特定参数和目标函数之间关系最终进行装置优化提供了有力工具。采用宏功能，仿真过程中可以对形状、激励/边界条件、频率等进行参数分析优化。OPTIMETRICS是绝佳的参数化和优化引擎，它可让用户从一非常简洁易用的界面执行参数分析、敏感性分析、优化和其他许多设计研究。OPTIMETRICS模块驱动ANSOFT的电磁场解算器，使工程师们能用精确电磁场仿真来设计电子器件和产品。采用OPTIMETRICS，就可以很快很轻易地执行大量的设计变量、优化器件，并自动进行实验设计研究来推导出敏感性和不确定性与制造容差之间的函数关系。OPTIMETRICS自动产生和修改宏。用户建立一个项目并定义要改变的独立参数。宏编辑器模块自动解释宏文本中的特显行，使用户可定义独立变量，然后用户再定义在参数分析中需计算的非独立变量，或在优化中需最小化的COST函数。非独立变量和COST函数在HFSS中可以是任意的计算值：场值、S-参数、频率响应、本征模、阻抗等。HFSS执行所要求的计算，向参数分析提供便利的表格形式的输出，向优化提供最佳的设计要求。报告生成器使用户能绘出参数仿真中独立参数与非独立参数间的关系以及优化中费用函数及其他度量与周期的关系。5.simplorer二沈阳ansoft电磁场培训笔记摘要1)RMxprt笔记摘要其中的periodic寻找对称周期difference:定转子相差一定角度2．Maxwell2D笔记摘要Maxwell2D里面的定义充磁方向问题：径向充磁：assignalignobject:沿物体方向alignwithagivendiretion:沿与x轴以一定的角度alignrelativetoorientation:角度可以是函数如OUT=PHI,IN=PHI-180PHI:物体上的该点与圆心所构成的直线与x轴的夹角。Ansoft里面区分大小写Maxwell2D静态分析：Total:总的电流电压，100,-100,50,-50在maxwell2d静态分析种可以设定求解变量，在后处理中用的到。Numberofrequiredpass:需要求解的次数。Solvecomvergens:收敛过程Solutionmatrix:求解矩阵，如电感矩阵，得到的是单位长度的电感，还要进行计算后处理部分：surface-all选择magB:磁密幅值，上限可以调整B-vector:B矢量在某些曲线上的数据的图形显示这里注意一下后处理中计算器的应用。以及后处理中Macro宏的录制和应用问题。瞬态边界设定：phaseA：激励：电流，电压，外电路(externalcircuit)激励可以用Function,其中P代表电机现在位置，S为转速，T为仿真起始时间Edit/电路编辑器，电阻，主绕组，漏感，周期边界条件：奇数个极slave=－master偶数个极slave=mastermotionsetup：设定band边界，内为运动，外为静止band把转子包起来可以设置函数转速：03000130002600036000modeldepth:轴向长度3．Maxwell3DACIS-basedKernel*.sat,*.igs*.stp*.sld*.geo材料参数变化3Dsolver：静电场静磁场涡流场温度场瞬态场：电机运动，负载变化，动态过程静电场：电压电流激励，标量位ED—力、转矩，储能静磁场：永磁直流电流外部边界上的静态磁场涡流场：1.单纯正弦正弦电流（给幅值）2.时变外部激励等瞬态场：任意电流、电压外接力、转矩例子：流程create:namemagneticstaticthermalsimulationR10H100036段x=0y=0z=500circle轴在x轴上R=0SweepalongaxiesCircle360移动坐标系solid分割range0刚刚包住求解区域设定材料：backgrand:air中间圆棒：steel圆环：copper边界激励封闭物体加电流方法：先选截面，surface\section,选YZ面，选物体后，ok,slice,slice1coverlines,包络线――面slice1加电流后，选face,sliceface,1000A，solid实心导体strand多根线plotcutplanesetMagB3维VectorB只在表面画出，磁密可以在体上画出，可以强加边界条件，pickface涡流场分析：将上面的例子中的圆棒材料改为铜，圆环也改为铜，非封闭加电流注意：加电流的面必须在边界上，pickface:swapdirection(转变电流方向)value10000A3D瞬态分析的例子3相变压器face，source,coilterminalboundary,even磁力线垂直windingsetup：voltage,strand,function1414*sin(360*50*T),voltageA,totalturns1669等Transient:瞬态分析电机端部例子主从slave面原点坐标定子槽上下之间的绝缘，有绝缘边界，槽体也有绝缘导条里电流交变的变化三维带运动爪极发电机参数化优化设计RMxprt参数设计Inputparameters输入变量datasweept_startt_endpreviewpostprocessorpatametertableRmxprt优化设计Simplorer的部分内容三ansoft在电机设计分析领域中的应用举例Rmxprt的应用:以2.2kwY系列三相感应电动机为例，界面输入数据入下：General界面：stator1界面stator2界面rotor1界面：rotor2界面：上面参数输入完毕之后点取analysis/analyticaldesign,出现提示“Designprogramransuccessfully”后表明分析完毕此时打开Postprocess/designoutput程序将给出设计结果：具体数据如下：Three-PhaseInductionMotorDesignFile:c:/pmsm.pjt/3p.pjt/3p.resGENERALDATAGivenOutputPower(kW):2.2RatedVoltage(V):380WindingConnection:WyeNumberofPoles:4GivenSpeed(rpm):1450Frequency(Hz):50StrayLoss(W):22FrictionandWindLoss(W):22TypeofLoad:ConstantTorqueIronCoreLength(mm):105StackingFactorofIronCore:0.95TypeofSteel:D23-50STATORDATANumberofStatorSlots:36OuterDiameterofStator(mm):155InnerDiameterofStator(mm):98TypeofStatorSlot:2DimensionofStatorSloths0(mm):0.8hs1(mm):0.5hs2(mm):11.1bs0(mm):2.8bs1(mm):4.5bs2(mm):6.6NumberofConductorsperSlot:41NumberofParallelBranches:1NumberofWiresperConductor:2TypeofCoils:12CoilPitch:18WireDiameter(mm):0.71WireWrapThickness(mm):0.05SlotInsulationThickness(mm):0.4TopFreeSpaceinSlot(%):0BottomFreeSpaceinSlot(%):0ConductorLengthAdjustment(mm):15ROTORDATANumberofRotorSlots:32AirGap(mm):0.3InnerDiameterofRotor(mm):37TypeofRotorSlot:3DimensionofRotorSlothr0(mm):0.5hr01(mm):0hr1(mm):1hr2(mm):14.5br0(mm):1br1(mm):4.5br2(mm):2rr(mm):0SkewWidth(mm):8.53544HeightofEndRing(mm):15WidthofEndRing(mm):15ResistivityofRotorConductorat75C(ohm.mm^2/m):0.0434RATED-LOADOPERATIONStatorResistance(ohm):3.33976StatorLeakageReactance(ohm):2.87156RotorResistance(ohm):2.37048RotorLeakageReactance(ohm):3.53671ResistanceCorrespondingtoIron-CoreLoss(ohm):1633.59MagnetizingReactance(ohm):85.9895StatorPhaseCurrent(A):4.74829CurrentCorrespondingtoIron-CoreLoss(A):0.121606MagnetizingCurrent(A):2.31022RotorPhaseCurrent(A):3.87539CopperLossofStatorWinding(W):225.897CopperLossofRotorWinding(W):106.804Iron-CoreLoss(W):72.4729Friction&WindLoss(W):22StrayLoss(W):22InputPower(kW):2.62446OutputP