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1、电机的计算机辅助分析,CAD-Computer Aided Design,它具有：科学计算、图形处理、数据库三大功能,科学计算：电磁方案分析计算 电磁场分析计算 电机优化设计,图形处理：进行图形生成和变化、分析 绘制零件图和总装配图 各种曲线的处理,1 电机设计与CAD,电机设计方法：,任务,设计方案,常规的计算和作图（费时、费力）,2 电机CAD系统的组成,一、CAD系统的基本类型,（1）计算型,给定设计初始数据，利用分析程序进行计算，或调用综合设计程序和优化设计程序寻找理性的设计方案。,（2）交互型,主要是利用图形，充分发挥设计者的创造性。,（3）检索型,库中存有设计好的标准电机，调用即可

2、。,二、CAD系统的软件,（1）系统软件,DOS系统、UNIX系统。,（2）应用软件,VB语言编写的、FORTRAN语言编写的电磁计算程序。,ANSYS、ANSOFT等公司的电磁场计算软件。,（3）支撑软件,有限元分析及前后处理程序包,优化程序包,几何造型软件,设计绘图系统和绘图软件包,常用CAD软件,三、电机设计时通常的给定数据,额定功率PN、额定电压UN、相数、连接方法、频率、同步转速、,四、电机的性能指标,启动电流倍数、启动转矩倍数、最大转矩倍数、过载能力、效率、,不同的电磁场分析方法,Electromagnetic Analysis,泊松方程：,磁场能量：,麦克斯韦方程的微分形式：,电

3、磁感应定律：,全电流定律：,磁通连续定律：,高斯定律：,电机的有限元分析方法,有限元分析过程大致如下：,1、从所考察的磁场边值问题出发。利用变分原理，把问题化为等价的条件变分问题，即能量泛函的求极值问题。,2、将定解区域剖分为一系列子区域（即单元剖分）。,3、选取分片光滑的插值函数去逼近求解区域内光滑的磁位函数。,4、把磁位的插值函数代入能量积分，对变分问题进行离散化处理，得到以n个节点磁位为未知数的n阶线性代数方程组。,5、求解线性代数方程组，得到节点磁位的数值近似解，并由此算出各个单元和节点的磁感应强度值。,一、剖分：,边界条件确定：,求解函数选择：,1、标量磁位 。,2、矢量磁位 。,1

4、、第一类边界条件。,2、第二类边界条件。,3、周期性边界条件。,求解区域确定：,电机内稳态磁场的计算,有限元计算步骤：,5. 设定求解内容,2. 建立模型,3. 添加材料,4. 添加边界条件，设定激励条件,1. 选择运算方式,6. 求解,7. 求解结果后处理,Start Field Solution,Refine Mesh,1 求解模式确定,稳态电场、磁场有限元计算,瞬态电场、磁场有限元计算,稳态电场、磁场参数的有限元计算,热力场,涡流场,一、确定求解模式,Slover:,二、确定求解坐标平面,2 建立模型,一、画出电机的结构模型,定子,二、对电机中相同的部分进行分类,定子绕组,转子绕组,永久

5、磁极,转子导条,8极电机,12极电机,3 确定各部分材料,4 给电机施加边界条件和激励,一、加边界条件,二、加激励,1、加电流激励,稳态计算、参数计算时均加电流激励,2、加电压激励,进行瞬态计算时加电压激励，可以加正弦交流电压，也可以加任意函数电压，如电压可以使位置或速度的函数,可以不考虑集肤效应，也可以考虑集肤效应,3、也可以加外加电路,4、加激励过程中包括对绕组进行设置,若绕组有外加电容或电阻等也可加入。,对绕组端环的处理,5 确定求解量,一、力、转矩,二、参数,包括自感系数、互感系数的计算,6 确定求解条件,自动或手动剖分,求解器选择,求解误差的选择,求解步长的选择,动态计算过程中还要确定其机械参数,包括初速度、质量或转动惯量的设置、阻尼的设置、负载的设置,7 求解,一、稳态解,二、瞬态解,8 求解结果后处理,一、图形后处理,二、数据后处理,稳态场求解,只能求解电机在恒定电流作用下某瞬时的磁场分布、电磁力、电磁转矩、电机参数,电机磁场分布图、磁通密度波形等,电机稳态连续参数的求解,建模与电机的静态出计算相同，能求解电机在恒定电流作用下不同瞬时的磁场分布、电磁力、电磁转矩、电机参数,与静态计算相比较，实际上是以下计算了电机不同