基于Ansoft對(duì)永磁同步電機(jī)靜磁場(chǎng)分析PPT課件

1、基于基于AnsoftAnsoft對(duì)永磁同步電機(jī)靜磁場(chǎng)分析對(duì)永磁同步電機(jī)靜磁場(chǎng)分析問題描述：三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，由定子鐵心、定子繞組、永磁體磁極、轉(zhuǎn)子鐵心組成。電機(jī)定子內(nèi)徑、外徑分別為74mm和120mm，極數(shù)4，定子槽數(shù)24。電機(jī)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)可以建立四分之一模型，為了更清晰地了解整個(gè)電機(jī)模型的建立情況，在Ansoft界面下采用整域求解，計(jì)算電機(jī)的參數(shù)及場(chǎng)圖分布。第1頁/共26頁 在Maxwell 2D界面下創(chuàng)建項(xiàng)目 1 在在Maxwell 2D界面下構(gòu)建幾何模型 2 材料定義及分配 3 激勵(lì)源與邊界條件定義及加載 4 求解選項(xiàng)參數(shù)設(shè)定、分析自檢 5 AnsoftAnsoft基本設(shè)計(jì)流程基本設(shè)計(jì)流

2、程 6分析數(shù)據(jù)、求解觀察第2頁/共26頁選擇RMxprt選項(xiàng)點(diǎn)擊此將RMxprt材料庫導(dǎo)入材料庫導(dǎo)入界面材料庫導(dǎo)入界面 在Maxwell 2D界面下創(chuàng)建項(xiàng)目Step 1：在設(shè)計(jì)方案前我們將導(dǎo)入電機(jī)的RMxprt材料數(shù)據(jù)庫。點(diǎn)擊菜單欄的Tools的Configure Libraries按鈕，進(jìn)入如下界面。第3頁/共26頁在Maxwell 2D界面下創(chuàng)建項(xiàng)目Step 2：執(zhí)行File/New命令,新建一個(gè)項(xiàng)目文件,在項(xiàng)目管理窗口中右擊名稱選擇Rename命令,進(jìn)行重命名,單擊保存按鈕保存此項(xiàng)目文件.執(zhí)行Project/Insert Maxwell 2D Design 建立Maxwell 2D設(shè)計(jì)分

3、析類型。執(zhí)行Tools/Options/Maxwell 2D options，選擇Magnet-ostatic及XY坐標(biāo)系統(tǒng)。Project/Insert Maxwell 2D Design第4頁/共26頁在Maxwell 2D界面下構(gòu)建半槽直線Step 1：執(zhí)行Draw/Line,在屏幕下方的坐標(biāo)對(duì)話框中依次輸入(1.25,37.5),(1.25,38.0),(2.4,38.5),(3.4,46.5),完成后按兩次Enter結(jié)束繪制，生成半槽直線模型。Draw/Line依次輸入坐標(biāo)第5頁/共26頁在Maxwell 2D界面下構(gòu)建定子槽模型Step 2：執(zhí)行Edit/Duplicate/Mir

4、ror,進(jìn)行復(fù)制完成另半槽直線模型,執(zhí)行Draw/Arc/Center Point,以(0,46.5),(-3.4,46.5),(3.4,46.5)三個(gè)坐標(biāo)完成定子槽模型的建立Edit/Duplicate/MirrorDraw/Arc/Center Point第6頁/共26頁在Maxwell 2D界面下構(gòu)建定子槽模型Step 3：執(zhí)行Edit/Duplicate/Around Axis，出現(xiàn)沿軸復(fù)制，選擇Z軸，相隔15度,進(jìn)行24次復(fù)制。執(zhí)行Draw/Arc/Center Point，中心原點(diǎn)選擇(0,0),用圓弧連接定子槽，進(jìn)行復(fù)制。執(zhí)行Modeler/Boolean/Unite命令，將所有

5、線段合成一體。Edit/Duplicate/Around AxisDraw/Arc/Center PointModeler/Boolean/Unite第7頁/共26頁在Maxwell 2D界面下構(gòu)建電機(jī)繞組Step 4:執(zhí)行Draw/Line，分別輸入(2,39),(3,46.5),以及(-2,39),(-3,46.5)繪制兩條直線，執(zhí)行Draw/Arc/Center Point，中心原點(diǎn)選擇(0,46.5)，以(3,46.5),(-3,46.5)繪制弧線，執(zhí)行Modeler/Boolean/Unite命令，將所有線段合成一體。最后執(zhí)行Edit/Duplicate/Around Axis，出現(xiàn)

6、沿軸復(fù)制，選擇Z軸，相隔15度，進(jìn)行24次復(fù)制。第8頁/共26頁在Maxwell 2D界面下構(gòu)建電機(jī)定子沖片模型Step 5：執(zhí)行Draw/Circle，繪制圓,圓中心坐標(biāo)(0,0),X與Y偏移坐標(biāo)為(0,60),執(zhí)行Modeler/Surface/Cover lines生成面域，連續(xù)兩次執(zhí)行Modeler/Boolean/Subtract，最終生成面域,形成電機(jī)定子沖片模型。第9頁/共26頁在Maxwell 2D界面下構(gòu)建永磁體模型Step 6：執(zhí)行兩次Draw/Line，分別輸入(-21.91,29.81),(-18.36,24.98)以及(21.91,29.81),(18.36,24.9

7、8)。執(zhí)行兩次Draw/Arc/Center Point，中心原點(diǎn)選擇(0,0),繪制兩條弧線,完成第一片磁極模型。再執(zhí)行Edit/Duplicate/Around Axis，出現(xiàn)沿軸復(fù)制，選擇Z軸，相隔90度,進(jìn)行4次復(fù)制，生成四片永磁體模型。最后執(zhí)行Modeler/Boolean/Unite合成一體以及執(zhí)行Modeler/Surface/Cover lines生成面域，完成永磁體模型的構(gòu)建。第10頁/共26頁在Maxwell 2D界面下構(gòu)建轉(zhuǎn)子軛與轉(zhuǎn)軸Step 6:以永磁體內(nèi)圓的8個(gè)端點(diǎn)為始末點(diǎn)，原點(diǎn)(0,0)為中心執(zhí)行Draw/Arc/Center Point,選擇8段弧線執(zhí)行Model

8、er/Boolean/Unite合成一體以及執(zhí)行Modeler/Surface/Cover lines生成轉(zhuǎn)子軛面域。執(zhí)行Draw/Line，圓中心為(0,0),X與Y偏移坐標(biāo)為(0,13),執(zhí)行Modeler/Surface/Cover lines生成面域，再執(zhí)行Modeler/Boolean/Subtract，生成轉(zhuǎn)軸。Properties第11頁/共26頁永磁體材料定義及分配Step 1：對(duì)于永磁體同步電動(dòng)機(jī)靜磁場(chǎng)分析，需要指定以下材料屬性： (1)指定氣隙Air_gap材料屬性空氣(亦可采用默認(rèn)材料屬性真空) (2)指定繞組coil材料屬性 銅 (3)定義定子鐵心及轉(zhuǎn)子軛材料屬性DW4

9、65-50，一種電機(jī)常用非線性鐵磁材料 (4)定義永磁體材料，命名為P-Mag，指定給永磁磁極第12頁/共26頁永磁體材料定義及分配Step 2:將建立的永磁體材料P-Mag及各個(gè)相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)分配給各個(gè)磁極，通過單擊各個(gè)磁極面域所彈出的屬性設(shè)置對(duì)話框來完成。如下圖所示:Magnet_N_1的材料選擇為P-Mag，方向Orientation為坐標(biāo)系N-pole1，其他磁極設(shè)置類似。第13頁/共26頁激勵(lì)源與邊界條件定義及加載Step 1: 繞組分相。繞組一般采用A、Z、B、X、C、Y表示，A、B、C表示三相正繞組，X、Y、Z分別代表A、B、C相負(fù)繞組，各相正繞組用英文Phase表示，負(fù)繞組用英文

10、Return表示。例如:A表示為A-Phase，X表示為A-Return，其他表示類似。B+C-(Z)A+B-(Y)C+A-(X)第14頁/共26頁激勵(lì)源與邊界條件定義及加載Step 2:加載電流激勵(lì)源。選擇A-Phase相四個(gè)繞組,執(zhí)行Maxwell 2D/Excitations/Assign/Current,在Name中輸入A-P，電流為25A。選擇A-Return相四個(gè)繞組，執(zhí)行Maxwell 2D/Excitations/Assign/Current,在Name中輸入A-R，電流為-25A。B、C相加載方法類似。第15頁/共26頁激勵(lì)源與邊界條件定義及加載Step 3:加載邊界條件。選

11、擇電機(jī)內(nèi)外圓兩條邊界，執(zhí)行Edit/Select/Edge，選擇邊界線，再執(zhí)行Maxwell 2D/Excitations/Assign/Vector Potential,在彈出的設(shè)置對(duì)話框的Name框中輸入邊界條件名稱Boundary，參數(shù)值設(shè)置為0。BoundaryBoundary第16頁/共26頁求解選項(xiàng)參數(shù)設(shè)定、分析自檢Step 1:執(zhí)行Maxwell 2D/Parameters/Assign/Matrix，在Setup對(duì)話框中輸入名稱L-Matrix,在Include中選擇各相的正繞組，在Return Path中選擇每條支路所閉合的負(fù)繞組。在Post Processing中對(duì)同相的繞

12、組進(jìn)行分組。例如:A相由A-P-1、A-P-2、A-P-3、A-P-4組成,電機(jī)Group完成分組，名稱設(shè)置為A-Winding。其他兩相類似。第17頁/共26頁求解選項(xiàng)參數(shù)設(shè)定、分析自檢Step 2:分析自檢。有限元分析的模型、載荷、邊界、求解項(xiàng)設(shè)置均完成后，執(zhí)行Maxwell 2D/Validation Check，彈出自檢對(duì)話框，當(dāng)所有設(shè)置正確后，每項(xiàng)前出現(xiàn)對(duì)號(hào)提示。設(shè)計(jì)設(shè)置三維模型邊界和激勵(lì)參數(shù)網(wǎng)絡(luò)操作分析設(shè)置優(yōu)化第18頁/共26頁分析數(shù)據(jù)、求解觀察Step 1:自檢正確后，執(zhí)行Maxwell 2D/Analysis,啟動(dòng)求解過程。執(zhí)行Maxwell 2D/Results/Solution data，彈出解觀察對(duì)話框。解觀察對(duì)話框三角單元與收斂數(shù)據(jù)關(guān)系第19頁/共26頁分析數(shù)據(jù)、求解觀察Step 2:將鼠標(biāo)移至模型窗口，操作Ctrl+A，選擇所有物體，執(zhí)行Maxwell 2D/Fields/Plot mesh，顯示電機(jī)模型剖分情況。模型剖分統(tǒng)計(jì)信息模型剖分圖第20頁/共26頁分析數(shù)據(jù)、求解觀察Step 3:觀察磁場(chǎng)分布。將鼠標(biāo)移至模型窗口,操作Ctrl+A,選擇所有物體，執(zhí)行Maxwell 2D/Fields/Fields/Flux lines,彈出下圖的對(duì)話框