Ansoft在工程电磁场中的应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Ansoft12在工程电磁场中的应用,1,Ansoft界面介绍,图1 Ansoft界面,2,永磁同步电机静磁场分析,问题描述,三相永磁同步电动机，由定子铁心、定子 绕组、永磁体、转子铁心组成。电机定子内径、外径分别为110mm，174,mm,。极数,4,，定子槽数,36,。,3,一、创建项目,1.双击图标 打开Ansoft软件。,3.在项目管理窗口右击，选择Rename命令，输入PMSM-Magstatic，如图2所示。,2.单击图标，进入2D求解域。,图2 项目文件重命名界面,4,4.单击图标，在已知目录下保存文件，其文件名为PMSM-Magstatic，如图3所示。,图3 项目保存目录对话框,5,二、构建几何模型,1.执行Modeler/Units命令，选择几何模型的单位为mm。,2.建立电机的定子槽,在屏幕下方的坐标对话框中分别输入线段的起末点位置坐标，其点坐标分别为（-1.25，55.0），（-1.25，56.3），（-2.5，57.0），（-4，74.3），生成电机半槽部分模型，如图4所示。,图4 电机半槽直线段模型,6,3.选择已建立的线段，执行Edit/Duplicate/Mirror命令，在X轴上任取两点。,4. 执行Draw/Arc/Center Point 命令，以（0，74.3）， （-4，74.3）， （4，74.3）这三点完成定子槽底弧线部分模型的建立，如图5所示。,图5 槽底弧线及定子槽模型图,7,5. 执行Edit/Duplicate/Around Axis命令，沿轴复制，在Axis选择沿z轴复制，相隔10，进行36次复制。如图6-7所示。,图7 复制后的定子槽,图6 定子槽复制对话框,8,6. 执行Draw/Arc/Center Point命令，以（0，0）作为中心原点，将各个定子槽用圆弧连接。按Ctrl+A键选择所有物体，执行Modeler/Boolean/Unite命令，命名为“slot”。操作及模型如图8所示,。,图8 布尔运算后生成电机定子槽,9,7.绘制电机绕组， 执行Draw/Line命令，分布输入（-2，57），（-3，74.3），执行Edit/Duplicate/Mirror命令，然后执行Draw/Arc/Center Point命令，以（0，74.3）作为中心原点，两侧点坐标分别为（-3，74.3），（3，74.3）绘制弧线，并将所有线段闭合连接，执行Modeler/Boolean/Unite命令。,8.执行Modeler/Surface/Cover Lines，生成一个面，并改名为“coil”，如图9所示。,图9 单个定子槽绕组模型,10,9. 执行Edit/Duplicate/Around Axis命令，沿轴复制，在Axis选择沿z轴复制，相隔10，进行36次复制。如图10所示。,图10 定子槽绕组模型,11,10. 创建电机定子冲片模型。执行Draw/Circle命令，原点为（0，0），半径为87mm，名字为“stator”。选择“slot”，利用Modeler/Surface/Cover Lines生成面。,11.选择“stator”和“slot”，执行Modeler/Boolean/Substract命令。得到定子模型，如图11所示。,图11 电机定子冲片模型,12,12. 创建永磁体。执行Draw/Line命令，分布输入（0，49），（0，54）。选择该直线，执行Draw/Sweep/Around Axis命令，在“Sweep Around Axis”对话框中输入旋转角度为80 ，并改名为“Permant”。,13.执行Edit/Duplicate/Around Axis命令，沿轴复制，在Axis选择沿z轴复制，相隔90，进行4次复制。如图12所示。,图12 永磁体模型,13,14. 创建电机转子冲片模型。执行Draw/Circle命令，原点为（0，0），半径为49mm和19mm的两个圆，名字分别为“rotor”和“rotor1”。,15.选择“rotor”和“rotor1”，执行Modeler/Boolean/Substract命令，得到电机模型，如图13所示。,16.利用图标 建立求解区域,。,图13 电机几何模型,14,材料描述,气隙的材料属性为空气,绕组coil的材料属性为铜,定子铁心和转子的材料属性为DW465-50，一种电机常用非线性材料,永磁体材料定义为P-Mag，并指定永磁磁极,三、材料属性,15,1.绕组coil的赋值方法,选择所有coil，在工程状态栏中，点击Material，在“Select Definition”对话框中，选取“copper”，如图14所示。,图14 绕组属性赋值,16,2.定子和转子的赋值方法与绕组的赋值相同。如图15-17所示。,图15 添加材料属性图,图16 添加材料库,17,图17 材料赋值,18,若是需要一种新材料，可以通过输入其bh曲线进行赋值。如图18所示。,图18 BH曲线编辑器,19,3.永磁体的赋值。进入材料管理器，单击Add material按钮，在Material Name中输入P-Mag。在矫顽力Hc中输入-947000，单位为A/Meter；在剩余磁感应强度Br中输入1.25，单位为tesla，如图19所示。,图19 永磁材料属性对话框,输入负值,20,4.建立新的相对坐标系统，执行Modeler/Coordinate System/Create/Relative Cs/rotated命令，并将名称改为N-Pole，如图所示。按照上述方法分别建立其他三个相对坐标系，名字分别为N-Pole2，S-Pole和S-Pole2。,5.将各个相对坐标系统分别给各个磁极，如图21所示。,图21 永磁体属性设置,图20 相对坐标系统的建立,21,四、激励源与边界条件定义及加载,1.绕组分相，根据电机设计中绕组排列对三相永磁同步电机定子槽中的绕组进行分相，各相正绕组用“Phase”表示，负绕组用“Return”表示。按下图22所示进行分相。,图22 电机绕组分布图,22,2.加载电流激励源。选择“A_Phase”相六个绕组，执行Maxwell 2D/Excitations/Assign/Current命令，如图22所示。,图22 电流源的设置,23,3.加载边界条件。执行Edit/Select/Edge命令，选择定子外圆。执行Maxwell 2D/Boundaries/Assign/Vector Potential命令。,图23 位函数边界设置,将选择物体设置为边,24,五、求解选项参数设定,1.力和力矩的设置,选取永磁体和转子面，执行Maxwell2D/Parameters/Assign/Force或Torque命令。,图24 力和力矩参数设置对话框,25,2.网格剖分设置。,执行Maxwell 2D/Mesh Operations/Assign/On Selection（或Inside Selection、Surface Approximation）命令。,图25 剖分设置,26,3.求解残差设定。,执行Maxwell 2D/Analysis Setup/Add Solution setup命令。,图26 求解设置对话框,27,4.分析自检。,执行Maxwell 2D/Validation Check命令。,图27 自检过程,28,1.自检完成后，执行Maxwell 2D/Analysis all命令。,图28 求解过程,2. 执行Maxwell 2D/Results/Solution data命令。,六、后处理,图29 解观察对话框,29,图27 收敛数据信息,图28 三角单元与收敛数据关系,30,3. 观察力和力矩信息。,图29 力信息,图30 力矩信息,Maxwell 2D磁场分析时，Z轴长度是以1m深进行计算的，而实际长度却是80mm，因此电机受到的实际力矩是：,T,a,=,T,depth,=2.26580.08=0.181264,31,4. 观察剖分信息和剖分图。执行Maxwell 2D/Fields/Plot mesh命令，显示电机模型剖分情况，如图31-32所示。,图31 模型剖分统计信息,图32 模型剖分图,32,5. 观察磁场分布。选择所有物体，执行Maxwell 2D/Fields/Flux lines命令。,图33 场图设置对话框,图34 电机磁力线分布,33,5. 观察磁通密度分布。选择所有物体，执行Maxwell 2D/Fields/B/Mag_B命令。,图35 场图设置对话框,34,图36 电机磁通密度云图分布,35,6. 气隙磁密波形的显示,1） 利用图标 绘制一个圆点为（0，0），半径为54mm的圆形，并改名为“Br1”。,2）选择“Br1”，利用图37所示，将面变为线。,3）由图38-39所示，得到负载气隙磁密分布图。,图37 Br1由面变线,图38 显示Br1的磁密曲线,36,图39 负载气隙磁密分布图,37,7. 极间漏磁因数,1） 利用图标 绘制4个点，分别为P1,P2,P3,P4，如图所示;,2）利用图40-41所示，求出各点的AZ值；,图40 取点位置图,P1，P2，P3，P4分别对应于A1，A2，A3，A4,38,P1点的Az值,极间漏磁因数,1.013,39,