有限元的分析軟件Ansoft在電機領域中應用

精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)有限元分析軟件Ansoft在電機領域中的應用一ansoft軟件各模塊的簡單介紹1RMxprt該軟件用于探索電機設計空間、快速確定設計方案，并能進行優(yōu)化設計它已經可以進行十三種電機類型的設計：三相感應電機單相感應電機永磁無刷直流電機永磁直流電機通用電機開關磁阻電機調速運行永磁同步電機自起動三相永磁同步電機三相同步電機三相同步發(fā)電機永磁同步發(fā)電機特點：向導式介面，參數(shù)化輸入:工作條件,幾何尺寸,材料特性基于磁網路法的快速解析分析詳細的結果輸出：圖形和表格利用對稱條件生成最小有限元分析模型，用于電機動態(tài)過程詳細有限元分析參數(shù)化設計能力：尺寸、材料等無需指定?？捎靡欢ㄗ兓秶淖兞勘硎緝?yōu)化設計功能求解時考慮材料非線性b–h特性自動設計功能:槽型設計和線規(guī)選擇提供豐富的預設計電機模型庫輸入數(shù)據(jù)自動驗證提供美國、中國材料庫和公制、英制尺寸針對電機種類的多種繞組型式和用戶定義繞組連接方式多種負栽種類:恒功率、恒轉矩、恒轉速、風機水泵三維斜槽和端部效應無刷電機、開關磁阻電機、永磁同步電機驅動線路類型、控制方式選擇和開關管參數(shù)設定2.Maxwell2D二維電磁場、溫度場，瞬態(tài)場分析軟件，Maxwell?2D是一個功能強大、結果精確、易于使用的二維電磁場有限元分析軟件，一般在電磁物體滿足軸向均勻或RZ對稱的條件下采用。3.Maxwell3D包括電場、穩(wěn)態(tài)磁場和交流磁場、動態(tài)電磁場、損耗計算和熱分析模塊，其核心是針對三維電磁場分析而優(yōu)化的有限元技術。向導式的用戶界面、精度驅動的自適應剖分技術和強大的后處理器使得Maxwell3D成為業(yè)界最佳的高性能三維電磁設計軟件?？梢苑治鰷u流、位移電流、集膚效應和領近效應具有不可忽視作用的系統(tǒng)，得到電機、母線、變壓器、線圈中渦流的整體特性。功率損耗、線圈損耗、某一頻率下的阻抗(R和L)、力、轉矩、電感、儲能等參數(shù)可以自動計算。同時也可以給出整個相位的磁力線、B和H分布圖、能量密度、溫度分布等圖形結果。4.OptimetricsOptimetrics是Maxwell3D的選件模塊，用于優(yōu)化、參數(shù)分析和敏感性分析。Optimetrics為設計者評估特定參數(shù)和目標函數(shù)之間關系最終進行裝置優(yōu)化提供了有力工具。采用宏功能，仿真過程中可以對形狀、激勵/邊界條件、頻率等進行參數(shù)分析優(yōu)化。

OPTIMETRICS是絕佳的參數(shù)化和優(yōu)化引擎，它可讓用戶從一非常簡潔易用的界面執(zhí)行參數(shù)分析、敏感性分析、優(yōu)化和其他許多設計研究。OPTIMETRICS模塊驅動ANSOFT的電磁場解算器，使工程師們能用精確電磁場仿真來設計電子器件和產品。采用OPTIMETRICS，就可以很快很輕易地執(zhí)行大量的設計變量、優(yōu)化器件，并自動進行實驗設計研究來推導出敏感性和不確定性與制造容差之間的函數(shù)關系。

OPTIMETRICS自動產生和修改宏。用戶建立一個項目并定義要改變的獨立參數(shù)。宏編輯器模塊自動解釋宏文本中的特顯行，使用戶可定義獨立變量，然后用戶再定義在參數(shù)分析中需計算的非獨立變量，或在優(yōu)化中需最小化的COST函數(shù)。非獨立變量和COST函數(shù)在HFSS中可以是任意的計算值：場值、S-參數(shù)、頻率響應、本征模、阻抗等。HFSS執(zhí)行所要求的計算，向參數(shù)分析提供便利的表格形式的輸出，向優(yōu)化提供最佳的設計要求。報告生成器使用戶能繪出參數(shù)仿真中獨立參數(shù)與非獨立參數(shù)間的關系以及優(yōu)化中費用函數(shù)及其他度量與周期的關系。

5.simplorer二沈陽ansoft電磁場培訓筆記摘要1)RMxprt筆記摘要其中的periodic尋找對稱周期difference:定轉子相差一定角度2．Maxwell2D筆記摘要Maxwell2D里面的定義充磁方向問題：徑向充磁：assignalignobject:沿物體方向alignwithagivendiretion:沿與x軸以一定的角度alignrelativetoorientation:角度可以是函數(shù)如OUT=PHI,IN=PHI-180PHI:物體上的該點與圓心所構成的直線與x軸的夾角。Ansoft里面區(qū)分大小寫Maxwell2D靜態(tài)分析：Total:總的電流電壓，100,-100,50,-50在maxwell2d靜態(tài)分析種可以設定求解變量，在后處理中用的到。Numberofrequiredpass:需要求解的次數(shù)。Solvecomvergens:收斂過程Solutionmatrix:求解矩陣，如電感矩陣，得到的是單位長度的電感，還要進行計算后處理部分：surface-all選擇magB:磁密幅值，上限可以調整B-vector:B矢量在某些曲線上的數(shù)據(jù)的圖形顯示這里注意一下后處理中計算器的應用。以及后處理中Macro宏的錄制和應用問題。瞬態(tài)邊界設定：phaseA：激勵：電流，電壓，外電路(externalcircuit)激勵可以用Function,其中P代表電機現(xiàn)在位置，S為轉速，T為仿真起始時間Edit/電路編輯器，電阻，主繞組，漏感，周期邊界條件：奇數(shù)個極slave=－master偶數(shù)個極slave=mastermotionsetup：設定band邊界，內為運動，外為靜止band把轉子包起來可以設置函數(shù)轉速：3000300060006000modeldepth:軸向長度3．Maxwell3DACIS-basedKernel*.sat,*.igs*.stp*.sld*.geo材料參數(shù)變化3Dsolver：靜電場靜磁場渦流場溫度場瞬態(tài)場：電機運動，負載變化，動態(tài)過程靜電場：電壓電流激勵，標量位ED—力、轉矩，儲能靜磁場：永磁直流電流外部邊界上的靜態(tài)磁場渦流場：1.單純正弦正弦電流（給幅值）2.時變外部激勵等瞬態(tài)場：任意電流、電壓外接力、轉矩例子：流程create:namemagneticstaticthermalsimulationR10H100036段x=0y=0z=500circle軸在x軸上R=0SweepalongaxiesCircle360移動坐標系solid分割range0剛剛包住求解區(qū)域設定材料：backgrand:air中間圓棒：steel圓環(huán)：copper邊界激勵封閉物體加電流方法：先選截面，surface\section,選YZ面，選物體后，ok,slice,slice1coverlines,包絡線――面slice1加電流后，選face,sliceface,1000A，solid實心導體strand多根線plotcutplanesetMagB3維VectorB只在表面畫出，磁密可以在體上畫出，可以強加邊界條件，pickface渦流場分析：將上面的例子中的圓棒材料改為銅，圓環(huán)也改為銅，非封閉加電流注意：加電流的面必須在邊界上，pickface:swapdirection(轉變電流方向)value10000A3D瞬態(tài)分析的例子3相變壓器face，source,coilterminalboundary,even磁力線垂直windingsetup：voltage,strand,function1414*sin(360*50*T),voltageA,totalturns1669等Transient:瞬態(tài)分析電機端部例子主從slave面原點坐標定子槽上下之間的絕緣，有絕緣邊界，槽體也有絕緣導條里電流交變的變化三維帶運動爪極發(fā)電機參數(shù)化優(yōu)化設計RMxprt參數(shù)設計Inputparameters輸入變量datasweept_startt_endpreviewpostprocessorpatametertableRmxprt優(yōu)化設計Simplorer的部分內容三ansoft在電機設計分析領域中的應用舉例Rmxprt的應用:以2.2kwY系列三相感應電動機為例，界面輸入數(shù)據(jù)入下：General界面：stator1界面stator2界面rotor1界面：rotor2界面：上面參數(shù)輸入完畢之后點取analysis/analyticaldesign,出現(xiàn)提示“Designprogramransuccessfully”后表明分析完畢此時打開Postprocess/designoutput程序將給出設計結果：具體數(shù)據(jù)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.MagnetizingCurrent(A): 2.31022RotorPhaseCurrent(A): 3.87539CopperLossofStatorWinding(W): 225.897CopperLossofRotorWinding(W): 106.804Iron-CoreLoss(W): 72.4729Friction&WindLoss(W): 22StrayLoss(W): 22InputPower(kW): 2.62446OutputPower(kW): 2.17529MechanicalShaftTorque(N.m): 14.5282Efficiency(%): 82.8851PowerFactor: 0.RatedSlip: 0.RatedShaftSpeed(rpm): 1430.47NO-LOADOPERATIONStatorResistance(ohm): 3.33976StatorLeakageReactance(ohm): 2.87638RotorResistance(ohm): 2.37023RotorLeakageReactance(ohm): 3.55801PhaseCurrent(A): 2.46662Iron-CoreLoss(W): 82.2463InputPower(W): 187.713PowerFactor: 0.Slip: 0.ShaftSpeed(rpm): 1499.4BREAK-DOWNOPERATIONBreak-downSlip: 0.43Break-downTorque(N.m): 45.5597Break-downTorqueRatio: 3.13594LOCKED-ROTOROPERATIONLocked-rotorTorque(N.m): 37.9029Locked-rotorPhaseCurrent(A): 29.1697Locked-rotorTorqueRatio: 2.60891Locked-rotorCurrentRatio: 6.14319StatorResistance(ohm): 3.33976StatorLeakageReactance(ohm): 2.46194RotorResistance(ohm): 2.48652RotorLeakageReactance(ohm): 2.46921DETAILEDDATAATRATEDOPERATIONStatorSlotLeakageReactance(ohm): 1.18284StatorEnd-WindingLeakageReactance(ohm): 1.01125StatorDifferentialLeakageReactance(ohm): 0.67747RotorSlotLeakageReactance(ohm): 1.77539RotorEnd-WindingLeakageReactance(ohm): 0.10821RotorDifferentialLeakageReactance(ohm): 1.21313SkewingLeakageReactance(ohm): 0.SlotFillFactor(%): 76.2888StatorWindingFactor: 0.Stator-TeethFluxDensity(Tesla): 1.50733Rotor-TeethFluxDensity(Tesla): 1.55901Stator-YokeFluxDensity(Tesla): 1.39925Rotor-YokeFluxDensity(Tesla): 1.36969Air-GapFluxDensity(Tesla): 0.Stator-TeethAmpereTurns(A.T): 26.0288Rotor-TeethAmpereTurns(A.T): 43.2834Stator-YokeAmpereTurns(A.T): 33.9397Rotor-YokeAmpereTurns(A.T): 8.2077Air-GapAmpereTurns(A.T): 239.784CorrectionFactorforMagneticCircuitLengthofStatorYoke: 0.48758CorrectionFactorforMagneticCircuitLengthofRotorYoke: 0.SaturationFactorforTeeth: 1.28906SaturationFactorforTeeth&Yoke: 1.46483Induced-VoltageFactor: 0.StatorCurrentDensity(A/mm^2): 5.99654SpecificElectricLoading(A/mm): 22.764StatorThermalLoad(A^2/mm^3): 136.505Half-TurnLengthofStatorWinding(mm): 24.77WINDINGARRANGEMENTThe3-phase,1-layerwindingcanbearrangedin18slotsasbelow:AAAZZZBBBXXXCCCYYYAngleperslot(elec.degrees): 20Phase-Aaxis(elec.degrees): 110Firstslotcenter(elec.degrees): 0TRANSIENTFEAINPUTDATAForStatorWinding:NumberofTurns: 246ParallelBranches: 1TerminalResistance(ohm): 3.33976EndLeakageInductance(H): 0.ForRotorEndRingBetweenTwoBarsofOneSide:EndRingResistance(ohm): 1.54146e-006EndRingInductance(H): 1.2414e-009查看電機結構：首先點擊tools/options再點擊analysis/viewgeometry在2Dmodeler中將給出圖形：如果將上面的periodic改為1，difference改為30，得到的geometry如圖所示創(chuàng)建maxwell2DprojectAnalysis/createmaxwell2Dproject在彈出的createMaxwell2Dproject窗口中輸入工程名和存放工程的路徑，例如。點取create以后將出現(xiàn)提示“AMaxwell2Dprojectnamedfuday1created”到這里此版本的rmxprt的整個流程完畢。細節(jié)問題：非線性材料的數(shù)據(jù)輸入問題Viewlamni在最新版本中涵蓋了參數(shù)化設計以及優(yōu)化設計，在最新版本中還有createsimplorerproject功能，即產生simplorer里面的有限元部分Ansoft有獨立于以上版本的optimatrics模塊，不過是從此模塊中調用maxwell2D,maxwell3D,以及RMxprt下面進入maxwell2D的使用環(huán)節(jié)：Maxwell2DMaxwell2D選擇工程界面：點取ok以后進入maxwell2D主界面：Maxwell2D的求解器繪圖平面：這里以瞬態(tài)場分析為例：點擊DefineModel下的Drawmodel顯示界面如下：此時是用wireframe形式畫出的電機截面圖形，下面利用fillsolid形式畫出具體繪圖命令這里不再細講，由于此這里進行的是瞬態(tài)分析，所以ansoft在定子和轉子之間的氣隙區(qū)域加上了一個band,即運動邊界如圖所示：退出后可以對圖中畫出的多個對象進行分組：下面是給各對象定義材料：ansoft支持自己設定材料，并且可以保存在數(shù)據(jù)庫中這里需要注意的幾點問題：1．一定要注意，background的材料定義為air2.shaft的材料定義為空氣3.band的材料定義為air退出setupmaterial后進入setupboundary/source環(huán)節(jié)：定義電壓源（或電流源）其中單擊option按鈕出現(xiàn)的對話框為：單擊function出現(xiàn)的對話框為：另外，這里支持條件表達式，點擊左下角的help按鈕將出現(xiàn)提示對話框如下：由于前面選擇的是絞線型，所以這里還要對“winding”進行設置端部連接的設定：端部連接設定完之后退出“setupboundary/source”環(huán)節(jié)，進入“Setupoption”環(huán)節(jié)點擊setupoption/option出現(xiàn)的界面為：自己定義網格剖分，電機mannualmesh：將出現(xiàn)提示框：選擇“是”，即手工創(chuàng)建網格，自己調整網格程序默認的網格剖分網格細化問題：如果對某部分區(qū)域的網格不滿意，可以進行網格細化例如：利用area選擇區(qū)域細化細化后的網格如圖所示：利用area選擇整個電機區(qū)域以后的細化另外還可以根據(jù)需要，對具體的對象進行細化，如對定子進行細化/