Hi-Key電機(jī)與電器CAE解決方案

1、Hi-Key電機(jī)與電器CAE解決方案2報(bào)告內(nèi)容電機(jī)與電器行業(yè)概述電機(jī)與電器的CAE仿真需求?；鵆AE解決方案與案例介紹3電機(jī)與電器專業(yè)一級(jí)學(xué)科：0808電氣工程二級(jí)學(xué)科：080801電機(jī)與電器一體化電機(jī)的理論與技術(shù)方面：步進(jìn)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、感應(yīng)同步器等。電機(jī)的電力電子驅(qū)動(dòng)技術(shù)方面：電動(dòng)車、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制策略、變頻電源諧波抑制技術(shù)。高環(huán)境、高可靠電機(jī)與電器方面：高環(huán)境電器可靠性理論與技術(shù)、航天電器的理論與技術(shù)、衛(wèi)星姿控用飛輪的可靠性設(shè)計(jì)。新型電磁機(jī)構(gòu)的理論與應(yīng)用方面：特種電機(jī)、磁性流體密封、旋轉(zhuǎn)軸的在線動(dòng)平衡、電磁成型技術(shù)。4行業(yè)背景中國機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)出口商會(huì)在2014年4月15日開幕

2、的第115屆廣交會(huì)上透露，2013年中國機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)出口貿(mào)易額為2.1萬億美元，占據(jù)著中國對(duì)外貿(mào)易半壁江山，并連續(xù)4年位居全球首位。2013年4月工信部印發(fā)2013年工業(yè)節(jié)能與綠色發(fā)展專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案，重點(diǎn)推進(jìn)實(shí)施電機(jī)能效提升和涉鉛行業(yè)綠色發(fā)展兩個(gè)專項(xiàng)計(jì)劃。計(jì)劃除設(shè)定具體目標(biāo)外，更按月、按季度設(shè)定進(jìn)度要求，政策和中央財(cái)政支持力度不斷加強(qiáng)。工信部聯(lián)合國家質(zhì)檢總局決定組織實(shí)施全國電機(jī)能效提升計(jì)劃。按照該計(jì)劃，到2015年，實(shí)現(xiàn)電機(jī)產(chǎn)品升級(jí)換代。5報(bào)告內(nèi)容電機(jī)與電器行業(yè)概述電機(jī)與電器的CAE仿真需求海基CAE解決方案與案例介紹電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)（1）轉(zhuǎn)矩、（2）電流、（3）效率、（4）功率因數(shù)

3、、（5）繞組溫升（絕緣等級(jí)）、（6）振動(dòng)、（7）噪聲；效率、功率因數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)越大越好，而繞組溫升、振動(dòng)和噪聲越小越好。6電機(jī)的主要性能指標(biāo)型 號(hào)額定額定轉(zhuǎn)速 效率 功率堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流最大轉(zhuǎn)矩噪聲振動(dòng)重量功率 電流 因數(shù) 額定轉(zhuǎn)矩額定電流額定轉(zhuǎn)矩1級(jí)2級(jí)速度 kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skg同步轉(zhuǎn)速 3000r/min 2 級(jí)Y80M1-20.751.82830750.842.26.52.366711.817Y132S2-27.515290086.20.88272.378831.8727需求分析轉(zhuǎn)矩、電流、效率、功率、繞組溫升強(qiáng)度、模態(tài)、振動(dòng)噪聲電機(jī)冷卻1234電磁聲

4、學(xué)控制流體電機(jī)研究CAE需求結(jié)構(gòu)控制、半實(shí)物仿真5研發(fā)管理多場(chǎng)耦合多場(chǎng)耦合6研發(fā)管理78報(bào)告內(nèi)容電機(jī)與電器行業(yè)概述電機(jī)與電器的CAE仿真需求?；鵆AE解決方案與案例介紹電機(jī)與電器電磁分析解決方案電磁分析解決方案MagNetOptiNetThermNetElecNet磁場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)溫度場(chǎng)電場(chǎng)MotorSolve通用分析模塊專業(yè)電機(jī)設(shè)計(jì)10綜合解決方案CFD自研接口MagNet for SolidWorks Motorsolve：電機(jī)快速設(shè)計(jì)軟件為中國區(qū)用戶定制的中文界面結(jié)合有限元法和磁路法，內(nèi)嵌MagNet 2D求解器，保證精度內(nèi)嵌多種電機(jī)模版，滿足快速設(shè)計(jì)需要參數(shù)化設(shè)計(jì)，貼近工程的參數(shù)、參數(shù)關(guān)聯(lián)

5、、參數(shù)保護(hù)熱分析功能擴(kuò)展功能： MagNet、dxf、Simulink（數(shù)字系統(tǒng)仿真）、VHDL（半實(shí)物控制仿真）對(duì)比報(bào)告、結(jié)果報(bào)告11電機(jī)設(shè)計(jì)解決方案基于MotorSolve的混合動(dòng)力汽車電機(jī)設(shè)計(jì)無刷直流電機(jī)，特別是內(nèi)置永磁體式（IPM）在混合動(dòng)力和電動(dòng)車輛中受到廣泛的應(yīng)用。利用有限元方法，分析非線性材料、PWM驅(qū)動(dòng)電路等。幾何建模器可以在幾分鐘內(nèi)完成8極、48槽、三相IPM電機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建模。12MotorSolve界面轉(zhuǎn)矩、效率、電壓、電流和功率因數(shù)曲線圖參考案例永磁電機(jī)設(shè)計(jì)Magnet雙向磁熱耦合分析電機(jī)瞬態(tài)溫升；實(shí)現(xiàn)電機(jī)方案的多目標(biāo)自動(dòng)優(yōu)化；可分析大型電機(jī)的端部特性；豐富的聯(lián)合仿真功

6、能：可與流體軟件耦合進(jìn)行深度散熱分析；可與結(jié)構(gòu)、聲學(xué)軟件耦合進(jìn)行振動(dòng)、噪聲分析；可與控制系統(tǒng)軟件耦合進(jìn)行數(shù)字控制仿真。2D/3D多運(yùn)動(dòng)部件多自由度瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)求解器，是市場(chǎng)上唯一支持六自由度的電磁求解器?？梢郧蠼獯艖腋‰姍C(jī)、球形電機(jī)（仿生關(guān)節(jié)、機(jī)械臂）、多轉(zhuǎn)子電機(jī)等問題。13電磁特性模擬解決方案問題：傳統(tǒng)的鐵損計(jì)算方法是根據(jù)磁密B的最大值來查找磁化曲線。對(duì)于永磁電機(jī)，磁鐵周圍的磁密值雖然很高，但基本保持不變，這時(shí)這種鐵損計(jì)算方法是不正確的。解決方法：Magnet提供鐵心損耗計(jì)算方法，能夠準(zhǔn)確計(jì)算永磁電機(jī)的鐵心損耗，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)的溫度場(chǎng)。14參考案例磁場(chǎng)模擬與鐵芯損耗計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)插

7、永磁電機(jī)的磁密云圖轉(zhuǎn)子內(nèi)插永磁電機(jī)的損耗密度圖項(xiàng)目目標(biāo)：對(duì)轉(zhuǎn)子內(nèi)插永磁電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，使得轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小。解決方案：應(yīng)用MagNet和OptiNet，可以方便地優(yōu)化電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、效率、成本等。優(yōu)化變量：永磁體的尺寸和定子磁場(chǎng)超前角約束條件：1800RPM轉(zhuǎn)矩不小于0.475Nm；4000RPM轉(zhuǎn)矩不小于0.350Nm；1800RPM和4000RPM時(shí)，EMF小于外加電壓；1800RPM和4000RPM時(shí)，效率不小于80（損耗包含歐姆損耗，鐵心損耗和渦流損耗）。項(xiàng)目成果：轉(zhuǎn)矩波動(dòng)被顯著降低到初始值的11.92%。15參考案例轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)16磁熱耦合分析解決方案MagNet + ThermNet

8、 + OptiNet磁場(chǎng)+熱場(chǎng)+優(yōu)化MagNet+ThermNet：磁熱雙向耦合MagNet電磁場(chǎng)分析ElecNet電機(jī)參數(shù)化優(yōu)化獲取磁密云圖、電磁力、損耗等計(jì)算結(jié)果MagNet-ThermNet磁熱耦合溫度分析MotorSolve電機(jī)設(shè)計(jì)參考案例電機(jī)設(shè)計(jì)與磁-熱-優(yōu)化耦合分析17電機(jī)與電器控制解決方案電機(jī)開發(fā)解決方案MagNetSimulink接口軟件磁場(chǎng)模塊系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)交換基于Magnet的電機(jī)控制開發(fā)19問題：實(shí)機(jī)測(cè)試和電磁設(shè)計(jì)的電機(jī)，磁鋼在損耗上差距非常大，初步認(rèn)為是實(shí)機(jī)測(cè)試的控制器和電磁設(shè)計(jì)的激勵(lì)不一樣造成的，實(shí)機(jī)測(cè)試是采用PWM控制。20參考案例電器控制器與電磁特性聯(lián)合模擬解決方法

9、：聯(lián)合Simulink、PSIM等軟件，模擬PWM控制的外電路，然后和Infolytica軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真。示例圖片鏈接MagNet電機(jī)-控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真分析方案將MotorSolve軟件生成的高精度電機(jī)模型應(yīng)用于eDRIVEsimTM之中，實(shí)現(xiàn)電機(jī)-電力電子驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的半實(shí)物仿真。21電機(jī)與電器流體分析/冷卻解決方案旋轉(zhuǎn)電機(jī)在能量轉(zhuǎn)換過程中，其內(nèi)部將同時(shí)產(chǎn)生損耗，其能量最終均轉(zhuǎn)化為熱能，使電機(jī)各部分的溫度升高。這將影響到所用絕緣材料的使用壽命，并限制電機(jī)的輸出，嚴(yán)重的甚至可把電機(jī)燒毀。電機(jī)溫升是衡量電機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它表征電機(jī)的內(nèi)部損耗，即表征電機(jī)發(fā)熱的物理量。電機(jī)的冷卻情況決定

10、了電機(jī)的溫升，溫升又直接影響電機(jī)的使用壽命和額定容量。因此冷卻問題是電機(jī)研究中必不可少的環(huán)節(jié)。23研究背景電機(jī)冷卻方法主要有三種：風(fēng)冷卻：流動(dòng)的空氣帶走電機(jī)產(chǎn)生的熱量。繞組內(nèi)導(dǎo)體散發(fā)的熱量經(jīng)過絕緣線或經(jīng)過鐵芯向外傳導(dǎo)，因此會(huì)導(dǎo)致絕緣線和鐵芯溫升過高，影響絕緣壽命以及引起鐵芯應(yīng)力集中。水冷卻：采用水冷卻技術(shù)，使發(fā)電機(jī)定子繞組損耗產(chǎn)生的熱量，不再經(jīng)過鐵芯，定子鐵芯的溫升由其自身損耗產(chǎn)生，溫升大幅度降低。蒸發(fā)冷卻：當(dāng)電機(jī)繞組空心導(dǎo)體內(nèi)部通以冷卻液體，吸收損耗產(chǎn)生的熱量，溫度逐漸升高，當(dāng)液體的溫度達(dá)到壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)，就改變其物理狀態(tài)而沸騰汽化，帶走熱量，冷卻電機(jī)。24電機(jī)冷卻方法25流體分析解

11、決方案電機(jī)散熱特性三維CFD分析：FloEFD電機(jī)冷卻系統(tǒng)模擬：Flowmaster電機(jī)控制模塊散熱CFD分析與熱測(cè)試聯(lián)合：FloEFD/FloTHERM + T3Ster嵌入CAD平臺(tái)，簡化CFD仿真操作流程。電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，F(xiàn)loEFD可自動(dòng)識(shí)別流體固體域，自動(dòng)化網(wǎng)格劃分。無需模型簡化即可仿真，復(fù)雜形狀物體尤其適用。利用CAD平臺(tái)渲染手段，后處理效果更佳。26FloEFD模型處理邊界條件網(wǎng)格生成 求解(批處理)后處理報(bào)告生成同步CFD25%35%時(shí)間導(dǎo)入CAD模型 建立空間體網(wǎng)格生成參考案例電機(jī)、變壓器散熱CFD分析27電機(jī)散熱分析變壓器散熱分析實(shí)現(xiàn)電機(jī)流體系統(tǒng)仿真，而非部件可精確預(yù)測(cè)電機(jī)各

12、系統(tǒng)參數(shù)：壓力、流量、流速、溫度等完備的分析模塊 不可壓流體穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)分析 不可壓流體穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)傳熱分析 完備的元件庫、數(shù)據(jù)庫用戶自定義功能強(qiáng)大的報(bào)表生成工具28FlowmasterFlowmaster計(jì)算模型系統(tǒng)壓力分布系統(tǒng)流量分配某電機(jī)冷卻系統(tǒng)等效網(wǎng)絡(luò)圖參考案例電機(jī)冷卻系統(tǒng)模擬29CFD仿真-熱測(cè)試集成解決方案JESD51-1T3Ster-Master 軟件器件光-熱特性測(cè)試熱特性測(cè)試建立復(fù)雜的熱分析模型FloTHERMFloEFD/FloTHERM CIE 127-2007JESD51-51FloEFD/FloTHERM仿真JESD51-14JESD51-52T3SterTeraLEDT

13、eraLED View 軟件T3Ster/TeraLED光-熱測(cè)試30參考案例IGBT熱分析與與熱測(cè)試31電機(jī)與電器結(jié)構(gòu)分析解決方案結(jié)構(gòu)分析方案運(yùn)動(dòng)仿真非線性疲勞分析線性聲學(xué)分析AdamsMarcFatigueMSC NastranActran串行 迭代松散的耦合手工驅(qū)動(dòng)33使用MSC.Nastran對(duì)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，得到電機(jī)定子的多階固有振動(dòng)頻率、振型；可以進(jìn)一步分析出電機(jī)定子振動(dòng)的主要失效形式和危險(xiǎn)位置，為新電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和修改提供了理論依據(jù)。34參考案例電機(jī)定子結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)分析前六階模態(tài)位移云圖模態(tài)分析沖擊分析確定結(jié)構(gòu)在無阻尼、自由振動(dòng)條件下的固有頻率和固有振型隨機(jī)振動(dòng)分析建立有

14、限元模型參考案例某電器設(shè)備動(dòng)力學(xué)特性分析隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)、隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析獲取時(shí)間-加速度曲線慣性分析（加速度分析）獲取不同加速度下的應(yīng)力與形變結(jié)果35電機(jī)與電器噪聲解決方案電機(jī)噪聲分類:（1）電磁噪聲電磁力作用在定、轉(zhuǎn)子間氣隙中，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力波或脈動(dòng)力波，使定子產(chǎn)生振動(dòng)而輻射噪聲，這類噪聲稱為電磁噪聲。它與電機(jī)氣隙內(nèi)的諧波磁場(chǎng)及由此產(chǎn)生的電磁力波幅值、頻率和極數(shù)，以及定子本身的振動(dòng)特性，如固有頻率、阻尼、機(jī)械阻抗均有密切的關(guān)系，還與電機(jī)定子的聲學(xué)特性有很大關(guān)系。（2）機(jī)械噪聲電機(jī)中的機(jī)械噪聲主要是由軸承和電刷引起的。這些噪聲和它們所用的材料、制造質(zhì)量及電機(jī)裝配工藝、配合精度有關(guān)。（3）空氣動(dòng)力噪聲

15、由電機(jī)的冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生，主要由風(fēng)扇的型式、風(fēng)扇和通風(fēng)道及進(jìn)出口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定。在無外風(fēng)扇的封閉電機(jī)中，空氣動(dòng)力噪聲是微不足道的，主要是電磁噪聲和機(jī)械噪聲。37電機(jī)噪聲概述分析工具Actran模擬的物理問題聲學(xué)：聲源的傳播振動(dòng)聲學(xué)：聲-固耦合分析流動(dòng)聲學(xué)：流體發(fā)聲、復(fù)雜背景流的聲傳播38電機(jī)噪聲分析電磁噪聲分析風(fēng)扇噪聲分析39電機(jī)電磁噪聲現(xiàn)有解決方案(二維到三維)定子與氣隙接觸線上力：F總利用積分得到每個(gè)齒上力：F齒1、每個(gè)齒面上N個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)上加載F齒/N；2、往齒面中心點(diǎn)加F齒優(yōu)勢(shì)：分布式電磁力加載方式40電機(jī)電磁噪聲：?；鉀Q方案(三維到三維)三維電磁場(chǎng)分析電機(jī)聲學(xué)網(wǎng)格模型處理 電磁力保存分

16、布式電磁力映射到聲學(xué)模型 運(yùn)算求解、后處理 幾何模型，求解工況電磁軟件Actran反饋優(yōu)化41電機(jī)電磁噪聲：?；鉀Q方案電機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)位移圖電機(jī)外部聲聲壓分布圖聲輻射指向性曲線結(jié)構(gòu)聲輻射貢獻(xiàn)量圖Actran分析模型CAD模型CFD模型CFD計(jì)算結(jié)果（速度、壓力云圖顯示）CFD計(jì)算Actran聲場(chǎng)計(jì)算Actran頻譜曲線響應(yīng)Actran聲場(chǎng)分布電機(jī)風(fēng)扇噪聲42參考案例變壓器振動(dòng)輻射噪聲分析載荷與邊界條件：結(jié)構(gòu)重心加載三個(gè)方向的力和力矩；鐵心底面位移約束研究對(duì)象為變壓器鐵心柱聲學(xué)計(jì)算分析Infloytica-Magnet計(jì)算節(jié)點(diǎn)瞬態(tài)、頻域的力或力矩，提取總力、總力矩聲學(xué)計(jì)算域獲取聲壓級(jí)分布、場(chǎng)點(diǎn)頻譜

17、與指向性結(jié)果43參考案例風(fēng)電設(shè)備降噪分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子部位聲學(xué)模型與觀察點(diǎn)設(shè)置降噪構(gòu)想：在轉(zhuǎn)子內(nèi)壁面加裝吸聲材料聲學(xué)與降噪特性計(jì)算分析獲取聲壓級(jí)分布與隔聲特性結(jié)果44參考案例密封套隔聲特性分析網(wǎng)格模型聲學(xué)模型計(jì)算結(jié)果（傳遞損失）CAD模型45參考案例壓縮機(jī)降噪設(shè)計(jì)與仿真分析考慮結(jié)構(gòu)部件的振動(dòng)效應(yīng)建立壓縮機(jī)完整模型，耦合所有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包含鋼板之間的焊接、螺栓的連接、油、制冷劑、固、液、氣體區(qū)域完全耦合、橡膠底座模擬壓縮機(jī)放置在地面46參考案例消音器性能分析吸氣腔與排氣腔有限元網(wǎng)格傳播介質(zhì)為空氣（Air）和制冷劑（R600a）吸氣腔傳遞損失傳播介質(zhì)為空氣（Air）和制冷劑（R600a）排氣腔傳遞損

18、失47多場(chǎng)耦合解決方案基于MpCCI的多場(chǎng)耦合分析方案MpCCI支持的主要CAE軟件多物理場(chǎng)代碼耦合分析平臺(tái)流固耦合與氣彈分析熱固耦合與熱應(yīng)力分析1D系統(tǒng)模型與3D CFD模型的耦合多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)與非線性結(jié)構(gòu)的耦合仿真商業(yè)仿真代碼與自編代碼的聯(lián)合仿真涉及三個(gè)及以上物理場(chǎng)的耦合仿真電磁-流體動(dòng)力學(xué)耦合分析分區(qū)CFD耦合49FSIMapper 參考案例發(fā)電機(jī)熱-固耦合冷卻分析CFD網(wǎng)格結(jié)構(gòu)網(wǎng)格固體區(qū)域溫度分布風(fēng)量分布流場(chǎng)溫度分布50參考案例溫控箱熱-固耦合分析CFD網(wǎng)格結(jié)構(gòu)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力及局部分布圖結(jié)構(gòu)溫度流場(chǎng)溫度51研發(fā)管理與生產(chǎn)規(guī)劃計(jì)算中心統(tǒng)一管理解決方案SimCloud53Hi-Key DeSims設(shè)計(jì)-仿真管理平臺(tái)Hi-Key DeSims設(shè)計(jì)仿真管理平臺(tái) SOA / 工程中間件流程管理流程再造流程定