Ansoft12在工程電磁場(chǎng)中的應(yīng)用ppt課件

1、Ansoft12在工程電磁場(chǎng)中的應(yīng)用在工程電磁場(chǎng)中的應(yīng)用主講人：楊菲Ansoft界面介紹界面介紹圖圖1 Ansoft界面界面永磁同步電機(jī)靜磁場(chǎng)分析永磁同步電機(jī)靜磁場(chǎng)分析 問(wèn)題描述問(wèn)題描述 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，由定子三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，由定子鐵心、定子鐵心、定子 繞組、永磁體、轉(zhuǎn)子繞組、永磁體、轉(zhuǎn)子鐵心組成。電機(jī)定子內(nèi)徑、外徑分鐵心組成。電機(jī)定子內(nèi)徑、外徑分別為別為110mm，174mm。極數(shù)。極數(shù)4，定子槽數(shù)定子槽數(shù)36。一、創(chuàng)建項(xiàng)目一、創(chuàng)建項(xiàng)目1.雙擊圖標(biāo)雙擊圖標(biāo) 打開(kāi)打開(kāi)Ansoft軟件。軟件。3.在項(xiàng)目管理窗口右擊，選擇在項(xiàng)目管理窗口右擊，選擇Rename命令，輸入命令，輸入PMSM-M

2、agstatic，如圖，如圖2所示。所示。2.單擊圖標(biāo)，進(jìn)入單擊圖標(biāo)，進(jìn)入2D求解域。求解域。圖圖2 項(xiàng)目文件重命名界面項(xiàng)目文件重命名界面4.單擊圖標(biāo)，在已知目錄下保存文件，其文件名為單擊圖標(biāo)，在已知目錄下保存文件，其文件名為PMSM-Magstatic，如圖，如圖3所示。所示。圖圖3 項(xiàng)目保存目錄對(duì)話框項(xiàng)目保存目錄對(duì)話框二、構(gòu)建幾何模型二、構(gòu)建幾何模型1.執(zhí)行執(zhí)行Modeler/Units命令，選擇幾何模型的單位為命令，選擇幾何模型的單位為mm。2.建立電機(jī)的定子槽建立電機(jī)的定子槽在屏幕下方的坐標(biāo)對(duì)話框中分別輸入線段的起末點(diǎn)位置坐標(biāo)，在屏幕下方的坐標(biāo)對(duì)話框中分別輸入線段的起末點(diǎn)位置坐標(biāo)，其點(diǎn)

3、坐標(biāo)分別為（其點(diǎn)坐標(biāo)分別為（-1.25，55.0），（），（-1.25，56.3），（），（-2.5，57.0），（），（-4，74.3），生成電機(jī)半槽部分模型，如圖），生成電機(jī)半槽部分模型，如圖4所所示。示。圖圖4 電機(jī)半槽直線段模型電機(jī)半槽直線段模型3.選擇已建立的線段，執(zhí)行選擇已建立的線段，執(zhí)行Edit/Duplicate/Mirror命令，在命令，在X軸上任取兩點(diǎn)。軸上任取兩點(diǎn)。4. 執(zhí)行執(zhí)行Draw/Arc/Center Point 命令，以命令，以0，74.3），）， （-4，74.3），）， （4，74.3這三點(diǎn)完成定子槽底弧線部分模這三點(diǎn)完成定子槽底弧線部分模型的建立，如圖型的

4、建立，如圖5所示。所示。圖圖5 槽底弧線及定子槽模型圖槽底弧線及定子槽模型圖5. 執(zhí)行執(zhí)行Edit/Duplicate/Around Axis命令，沿軸復(fù)制，在命令，沿軸復(fù)制，在Axis選擇沿選擇沿z軸復(fù)制，相隔軸復(fù)制，相隔10，進(jìn)行，進(jìn)行36次復(fù)制。如圖次復(fù)制。如圖6-7所示。所示。圖圖7 復(fù)制后的定子槽復(fù)制后的定子槽圖圖6 定子槽復(fù)制對(duì)話框定子槽復(fù)制對(duì)話框6. 執(zhí)行執(zhí)行Draw/Arc/Center Point命令，以命令，以0，0作為中心原點(diǎn)，作為中心原點(diǎn)，將各個(gè)定子槽用圓弧連接。按將各個(gè)定子槽用圓弧連接。按Ctrl+A鍵選擇所有物體，執(zhí)行鍵選擇所有物體，執(zhí)行Modeler/Boolea

5、n/Unite命令，命名為命令，命名為“slot”。操作及模型如。操作及模型如圖圖8所示。所示。圖圖8 布爾運(yùn)算后生成電機(jī)定子槽布爾運(yùn)算后生成電機(jī)定子槽7.繪制電機(jī)繞組，繪制電機(jī)繞組， 執(zhí)行執(zhí)行Draw/Line命令，分布輸入（命令，分布輸入（-2，57），（），（-3，74.3），執(zhí)行），執(zhí)行Edit/Duplicate/Mirror命令，然后執(zhí)行命令，然后執(zhí)行Draw/Arc/Center Point命令，以命令，以0，74.3作為中心原點(diǎn)，兩側(cè)點(diǎn)坐標(biāo)分別為（作為中心原點(diǎn)，兩側(cè)點(diǎn)坐標(biāo)分別為（-3，74.3），（），（3，74.3繪制弧線，并將所有線段閉合連接，執(zhí)行繪制弧線，并將所有線段閉合

6、連接，執(zhí)行Modeler/Boolean/Unite命令。命令。8.執(zhí)行執(zhí)行Modeler/Surface/Cover Lines，生成一個(gè)面，并改名為，生成一個(gè)面，并改名為“coil”，如圖如圖9所示。所示。圖圖9 單個(gè)定子槽繞組模型單個(gè)定子槽繞組模型9. 執(zhí)行執(zhí)行Edit/Duplicate/Around Axis命令，沿軸復(fù)制，在命令，沿軸復(fù)制，在Axis選擇沿選擇沿z軸復(fù)制，相隔軸復(fù)制，相隔10，進(jìn)行，進(jìn)行36次復(fù)制。如圖次復(fù)制。如圖10所所示。示。圖圖10 定子槽繞組模型定子槽繞組模型10. 創(chuàng)建電機(jī)定子沖片模型。執(zhí)行創(chuàng)建電機(jī)定子沖片模型。執(zhí)行Draw/Circle命令，原點(diǎn)為命令，

7、原點(diǎn)為0，0），半徑為），半徑為87mm，名字為，名字為“stator”。選擇。選擇“slot”，利用，利用Modeler/Surface/Cover Lines生成面。生成面。11.選擇選擇“stator和和“slot”，執(zhí)行，執(zhí)行Modeler/Boolean/Substract命令。得到定子模型，如圖命令。得到定子模型，如圖11所示。所示。圖圖11 電機(jī)定子沖片模型電機(jī)定子沖片模型12. 創(chuàng)建永磁體。執(zhí)行創(chuàng)建永磁體。執(zhí)行Draw/Line命令，分布輸入命令，分布輸入0，49），），（0，54）。選擇該直線，執(zhí)行）。選擇該直線，執(zhí)行Draw/Sweep/Around Axis命令，命令，在

8、在“Sweep Around Axis對(duì)話框中輸入旋轉(zhuǎn)角度為對(duì)話框中輸入旋轉(zhuǎn)角度為80 ，并，并改名為改名為“Permant”。13.執(zhí)行執(zhí)行Edit/Duplicate/Around Axis命令，沿軸復(fù)制，在命令，沿軸復(fù)制，在Axis選擇沿選擇沿z軸復(fù)制，相隔軸復(fù)制，相隔90，進(jìn)行，進(jìn)行4次復(fù)制。如圖次復(fù)制。如圖12所示。所示。圖圖12 永磁體模型永磁體模型14. 創(chuàng)建電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片模型。執(zhí)行創(chuàng)建電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片模型。執(zhí)行Draw/Circle命令，原點(diǎn)為命令，原點(diǎn)為0，0），半徑為），半徑為49mm和和19mm的兩個(gè)圓，名字分別為的兩個(gè)圓，名字分別為“rotor和和“rotor1”。15.選擇

9、選擇“rotor和和“rotor1”，執(zhí)行，執(zhí)行Modeler/Boolean/Substract命令，得到電機(jī)模型，如圖命令，得到電機(jī)模型，如圖13所所示。示。16.利用圖標(biāo)利用圖標(biāo) 建立求解區(qū)域。建立求解區(qū)域。圖圖13 電機(jī)幾何模型電機(jī)幾何模型材料描述材料描述氣隙的材料屬性為空氣氣隙的材料屬性為空氣繞組繞組coil的材料屬性為銅的材料屬性為銅定子鐵心和轉(zhuǎn)子的材料屬性為定子鐵心和轉(zhuǎn)子的材料屬性為DW465-50，一種電機(jī)常用非線性材料，一種電機(jī)常用非線性材料永磁體材料定義為永磁體材料定義為P-Mag，并指定永磁，并指定永磁磁極磁極三、材料屬性三、材料屬性1.繞組繞組coil的賦值方法的賦值方

10、法選擇所有選擇所有coil，在工程狀態(tài)欄中，點(diǎn)擊，在工程狀態(tài)欄中，點(diǎn)擊Material，在，在“Select Definition對(duì)話框中，選取對(duì)話框中，選取“copper”，如圖，如圖14所示。所示。圖圖14 繞組屬性賦值繞組屬性賦值2.定子和轉(zhuǎn)子的賦值方法與繞組的賦值相同。如圖定子和轉(zhuǎn)子的賦值方法與繞組的賦值相同。如圖15-17所所示。示。圖圖15 添加材料屬性圖添加材料屬性圖圖圖16 添加材料庫(kù)添加材料庫(kù)圖圖17 材料賦值材料賦值若是需要一種新材料，可以通過(guò)輸入其若是需要一種新材料，可以通過(guò)輸入其bh曲線進(jìn)行賦值。曲線進(jìn)行賦值。如圖如圖18所示。所示。圖圖18 BH曲線編輯器曲線編輯器3

11、.永磁體的賦值。進(jìn)入材料管理器，單擊永磁體的賦值。進(jìn)入材料管理器，單擊Add material按鈕，按鈕，在在Material Name中輸入中輸入P-Mag。在矯頑力。在矯頑力Hc中輸入中輸入-947000，單位為，單位為A/Meter；在剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度；在剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br中輸入中輸入1.25，單位為，單位為tesla，如圖，如圖19所示。所示。圖圖19 永磁材料屬性對(duì)話框永磁材料屬性對(duì)話框輸入負(fù)值輸入負(fù)值4.建立新的相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)，執(zhí)行建立新的相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)，執(zhí)行Modeler/Coordinate System/Create/Relative Cs/rotated命令，并將名稱(chēng)改為命令，并

12、將名稱(chēng)改為N-Pole，如下圖。按照上述方法分別建立其他三個(gè)相對(duì)坐，如下圖。按照上述方法分別建立其他三個(gè)相對(duì)坐標(biāo)系，名字分別為標(biāo)系，名字分別為N-Pole2，S-Pole和和S-Pole2。5.將各個(gè)相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)分別給各個(gè)磁極，如圖將各個(gè)相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)分別給各個(gè)磁極，如圖21所示。所示。圖圖21 永磁體屬性設(shè)置永磁體屬性設(shè)置圖圖20 相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)的建立相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)的建立四、激勵(lì)源與邊界條件定義及加載1.繞組分相，根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)中繞組排列對(duì)三相永磁同步電機(jī)定繞組分相，根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)中繞組排列對(duì)三相永磁同步電機(jī)定子槽中的繞組進(jìn)行分相，各相正繞組用子槽中的繞組進(jìn)行分相，各相正繞組用“Phase表示，負(fù)繞表

13、示，負(fù)繞組用組用“Return表示。按下圖表示。按下圖22所示進(jìn)行分相。所示進(jìn)行分相。圖圖22 電機(jī)繞組分布圖電機(jī)繞組分布圖2.加載電流激勵(lì)源。選擇加載電流激勵(lì)源。選擇“A_Phase相六個(gè)繞組，執(zhí)行相六個(gè)繞組，執(zhí)行Maxwell 2D/Excitations/Assign/Current命令，如圖命令，如圖22所示。所示。圖圖22 電流源的設(shè)置電流源的設(shè)置3.加載邊界條件。執(zhí)行加載邊界條件。執(zhí)行Edit/Select/Edge命令，選擇定子外圓。執(zhí)行命令，選擇定子外圓。執(zhí)行Maxwell 2D/Boundaries/Assign/Vector Potential命令。命令。圖圖23 位函數(shù)邊

14、界設(shè)置位函數(shù)邊界設(shè)置將選擇物體設(shè)置為將選擇物體設(shè)置為邊邊五、求解選項(xiàng)參數(shù)設(shè)定五、求解選項(xiàng)參數(shù)設(shè)定1.力和力矩的設(shè)置力和力矩的設(shè)置 選取永磁體和轉(zhuǎn)子面，執(zhí)行選取永磁體和轉(zhuǎn)子面，執(zhí)行Maxwell2D/Parameters/Assign/Force或或Torque命令。命令。圖圖24 力和力矩參數(shù)設(shè)置對(duì)話框力和力矩參數(shù)設(shè)置對(duì)話框2.網(wǎng)格剖分設(shè)置。網(wǎng)格剖分設(shè)置。執(zhí)行執(zhí)行Maxwell 2D/Mesh Operations/Assign/On Selection或或Inside Selection、Surface Approximation命令。命令。圖圖25 剖分設(shè)置剖分設(shè)置3.求解殘差設(shè)定。求解殘

15、差設(shè)定。執(zhí)行執(zhí)行Maxwell 2D/Analysis Setup/Add Solution setup命令。命令。圖圖26 求解設(shè)置對(duì)話框求解設(shè)置對(duì)話框4.分析自檢。分析自檢。執(zhí)行執(zhí)行Maxwell 2D/Validation Check命令。命令。圖圖27 自檢過(guò)程自檢過(guò)程1.自檢完成后，執(zhí)行自檢完成后，執(zhí)行Maxwell 2D/Analysis all命令。命令。圖圖28 求解過(guò)程求解過(guò)程2. 執(zhí)行執(zhí)行Maxwell 2D/Results/Solution data命令。命令。六、后處理六、后處理圖圖29 解觀察對(duì)話框解觀察對(duì)話框圖圖27 收斂數(shù)據(jù)信息收斂數(shù)據(jù)信息圖圖28 三角單元與收斂

16、數(shù)據(jù)關(guān)系三角單元與收斂數(shù)據(jù)關(guān)系3. 觀察力和力矩信息。觀察力和力矩信息。圖圖29 力信息力信息圖圖30 力矩信息力矩信息 Maxwell 2D磁場(chǎng)分析時(shí)，Z軸長(zhǎng)度是以1m深進(jìn)行計(jì)算的，而實(shí)際長(zhǎng)度卻是80mm，因此電機(jī)受到的實(shí)際力矩是：Ta=Tdepth=2.26580.08=0.1812644. 觀察剖分信息和剖分圖。執(zhí)行觀察剖分信息和剖分圖。執(zhí)行Maxwell 2D/Fields/Plot mesh命令，顯示電機(jī)模型剖分情況，如圖命令，顯示電機(jī)模型剖分情況，如圖31-32所示。所示。圖圖31 模型剖分統(tǒng)計(jì)信息模型剖分統(tǒng)計(jì)信息圖圖32 模型剖分圖模型剖分圖5. 觀察磁場(chǎng)分布。選擇所有物體，執(zhí)行

17、觀察磁場(chǎng)分布。選擇所有物體，執(zhí)行Maxwell 2D/Fields/Flux lines命令。命令。圖圖33 場(chǎng)圖設(shè)置對(duì)話框場(chǎng)圖設(shè)置對(duì)話框圖圖34 電機(jī)磁力線分布電機(jī)磁力線分布5. 觀察磁通密度分布。選擇所有物體，執(zhí)行觀察磁通密度分布。選擇所有物體，執(zhí)行Maxwell 2D/Fields/B/Mag_B命令。命令。圖圖35 場(chǎng)圖設(shè)置對(duì)話框場(chǎng)圖設(shè)置對(duì)話框圖圖36 電機(jī)磁通密度云圖分布電機(jī)磁通密度云圖分布6. 氣隙磁密波形的顯示氣隙磁密波形的顯示 1） 利用圖標(biāo)利用圖標(biāo) 繪制一個(gè)圓點(diǎn)為繪制一個(gè)圓點(diǎn)為0，0），半徑為），半徑為54mm的圓的圓形，并改名為形，并改名為“Br1”。 2選擇選擇“Br1”，利用圖，利用圖37所示，將面變?yōu)榫€。所示，將面變?yōu)榫€。 3由圖由圖38-39所示，得到