基于Ansoft对永磁同步电机静磁场分析PPT课件

1、基于基于AnsoftAnsoft对永磁同步电机静磁场分析对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、永磁体磁极、转子铁心组成。电机定子内径、外径分别为74mm和120mm，极数4，定子槽数24。电机为对称结构可以建立四分之一模型，为了更清晰地了解整个电机模型的建立情况，在Ansoft界面下采用整域求解，计算电机的参数及场图分布。第1页/共26页 在Maxwell 2D界面下创建项目 1 在在Maxwell 2D界面下构建几何模型 2 材料定义及分配 3 激励源与边界条件定义及加载 4 求解选项参数设定、分析自检 5 AnsoftAnsoft基本设计流程基本设计流

2、程 6分析数据、求解观察第2页/共26页选择RMxprt选项点击此将RMxprt材料库导入材料库导入界面材料库导入界面 在Maxwell 2D界面下创建项目Step 1：在设计方案前我们将导入电机的RMxprt材料数据库。点击菜单栏的Tools的Configure Libraries按钮，进入如下界面。第3页/共26页在Maxwell 2D界面下创建项目Step 2：执行File/New命令,新建一个项目文件,在项目管理窗口中右击名称选择Rename命令,进行重命名,单击保存按钮保存此项目文件.执行Project/Insert Maxwell 2D Design 建立Maxwell 2D设计分

3、析类型。执行Tools/Options/Maxwell 2D options，选择Magnet-ostatic及XY坐标系统。Project/Insert Maxwell 2D Design第4页/共26页在Maxwell 2D界面下构建半槽直线Step 1：执行Draw/Line,在屏幕下方的坐标对话框中依次输入(1.25,37.5),(1.25,38.0),(2.4,38.5),(3.4,46.5),完成后按两次Enter结束绘制，生成半槽直线模型。Draw/Line依次输入坐标第5页/共26页在Maxwell 2D界面下构建定子槽模型Step 2：执行Edit/Duplicate/Mir

4、ror,进行复制完成另半槽直线模型,执行Draw/Arc/Center Point,以(0,46.5),(-3.4,46.5),(3.4,46.5)三个坐标完成定子槽模型的建立Edit/Duplicate/MirrorDraw/Arc/Center Point第6页/共26页在Maxwell 2D界面下构建定子槽模型Step 3：执行Edit/Duplicate/Around Axis，出现沿轴复制，选择Z轴，相隔15度,进行24次复制。执行Draw/Arc/Center Point，中心原点选择(0,0),用圆弧连接定子槽，进行复制。执行Modeler/Boolean/Unite命令，将所有

5、线段合成一体。Edit/Duplicate/Around AxisDraw/Arc/Center PointModeler/Boolean/Unite第7页/共26页在Maxwell 2D界面下构建电机绕组Step 4:执行Draw/Line，分别输入(2,39),(3,46.5),以及(-2,39),(-3,46.5)绘制两条直线，执行Draw/Arc/Center Point，中心原点选择(0,46.5)，以(3,46.5),(-3,46.5)绘制弧线，执行Modeler/Boolean/Unite命令，将所有线段合成一体。最后执行Edit/Duplicate/Around Axis，出现

6、沿轴复制，选择Z轴，相隔15度，进行24次复制。第8页/共26页在Maxwell 2D界面下构建电机定子冲片模型Step 5：执行Draw/Circle，绘制圆,圆中心坐标(0,0),X与Y偏移坐标为(0,60),执行Modeler/Surface/Cover lines生成面域，连续两次执行Modeler/Boolean/Subtract，最终生成面域,形成电机定子冲片模型。第9页/共26页在Maxwell 2D界面下构建永磁体模型Step 6：执行两次Draw/Line，分别输入(-21.91,29.81),(-18.36,24.98)以及(21.91,29.81),(18.36,24.9

7、8)。执行两次Draw/Arc/Center Point，中心原点选择(0,0),绘制两条弧线,完成第一片磁极模型。再执行Edit/Duplicate/Around Axis，出现沿轴复制，选择Z轴，相隔90度,进行4次复制，生成四片永磁体模型。最后执行Modeler/Boolean/Unite合成一体以及执行Modeler/Surface/Cover lines生成面域，完成永磁体模型的构建。第10页/共26页在Maxwell 2D界面下构建转子轭与转轴Step 6:以永磁体内圆的8个端点为始末点，原点(0,0)为中心执行Draw/Arc/Center Point,选择8段弧线执行Model

8、er/Boolean/Unite合成一体以及执行Modeler/Surface/Cover lines生成转子轭面域。执行Draw/Line，圆中心为(0,0),X与Y偏移坐标为(0,13),执行Modeler/Surface/Cover lines生成面域，再执行Modeler/Boolean/Subtract，生成转轴。Properties第11页/共26页永磁体材料定义及分配Step 1：对于永磁体同步电动机静磁场分析，需要指定以下材料属性： (1)指定气隙Air_gap材料属性空气(亦可采用默认材料属性真空) (2)指定绕组coil材料属性 铜 (3)定义定子铁心及转子轭材料属性DW4

9、65-50，一种电机常用非线性铁磁材料 (4)定义永磁体材料，命名为P-Mag，指定给永磁磁极第12页/共26页永磁体材料定义及分配Step 2:将建立的永磁体材料P-Mag及各个相对坐标系统分配给各个磁极，通过单击各个磁极面域所弹出的属性设置对话框来完成。如下图所示:Magnet_N_1的材料选择为P-Mag，方向Orientation为坐标系N-pole1，其他磁极设置类似。第13页/共26页激励源与边界条件定义及加载Step 1: 绕组分相。绕组一般采用A、Z、B、X、C、Y表示，A、B、C表示三相正绕组，X、Y、Z分别代表A、B、C相负绕组，各相正绕组用英文Phase表示，负绕组用英文

10、Return表示。例如:A表示为A-Phase，X表示为A-Return，其他表示类似。B+C-(Z)A+B-(Y)C+A-(X)第14页/共26页激励源与边界条件定义及加载Step 2:加载电流激励源。选择A-Phase相四个绕组,执行Maxwell 2D/Excitations/Assign/Current,在Name中输入A-P，电流为25A。选择A-Return相四个绕组，执行Maxwell 2D/Excitations/Assign/Current,在Name中输入A-R，电流为-25A。B、C相加载方法类似。第15页/共26页激励源与边界条件定义及加载Step 3:加载边界条件。选

11、择电机内外圆两条边界，执行Edit/Select/Edge，选择边界线，再执行Maxwell 2D/Excitations/Assign/Vector Potential,在弹出的设置对话框的Name框中输入边界条件名称Boundary，参数值设置为0。BoundaryBoundary第16页/共26页求解选项参数设定、分析自检Step 1:执行Maxwell 2D/Parameters/Assign/Matrix，在Setup对话框中输入名称L-Matrix,在Include中选择各相的正绕组，在Return Path中选择每条支路所闭合的负绕组。在Post Processing中对同相的绕

12、组进行分组。例如:A相由A-P-1、A-P-2、A-P-3、A-P-4组成,电机Group完成分组，名称设置为A-Winding。其他两相类似。第17页/共26页求解选项参数设定、分析自检Step 2:分析自检。有限元分析的模型、载荷、边界、求解项设置均完成后，执行Maxwell 2D/Validation Check，弹出自检对话框，当所有设置正确后，每项前出现对号提示。设计设置三维模型边界和激励参数网络操作分析设置优化第18页/共26页分析数据、求解观察Step 1:自检正确后，执行Maxwell 2D/Analysis,启动求解过程。执行Maxwell 2D/Results/Solution data，弹出解观察对话框。解观察对话框三角单元与收敛数据关系第19页/共26页分析数据、求解观察Step 2:将鼠标移至模型窗口，操作Ctrl+A，选择所有物体，执行Maxwell 2D/Fields/Plot mesh，显示电机模型剖分情况。模型剖分统计信息模型剖分图第20页/共26页分析数据、求解观察Step 3:观察磁场分布。将鼠标移至模型窗口,操作Ctrl+A,选择所有物体，执行Maxwell 2D/Fields/Fields/Flux lines,弹出下图的对话框