电机的计算机辅助分析.ppt

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,*,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。,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,P,N,、,额定电压,U,N,、,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,Analytical,Techniques,Numerical,Techniques,Integral,Equations,Differential,Equations,Boundary,Element,Finite,Difference,Finite,Element,Scalar,Potential,Vector,Potential,Components,Of H Field,泊松方程：,磁场能量：,麦克斯韦方程的微分形式：,电磁感应定律：,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,、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,Generate Initial,Mesh,Compute Field,Perform Error,Analysis,Has,Stopping Criteria,been met?,Refine Mesh,No,Stop Field Solution,Yes,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,Solid,Stranded,60 Hz,600 Hz,1200 Hz,V,1,V,3,V,4,V,2,S,1,S,2,S,3,S,4,A,B,C,D,U,DC,图,11,仿真所加外电路图,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,图,2 4,相,14,极电机结构图,定子绕组,定子铁心,永久磁极,机壳,轴,图,6,空载时气隙磁密绝对值沿圆周分布,机械角度（,0,）,气隙磁密,B,机械角度（,0,）,电磁转矩,图,9,数值分析法所得,A,、,B,相绕组分别通恒定电流时电机的静特性电机的电磁转矩,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位置或在不同的电流作用下，或二者均变化时电机内的磁场分布、电磁力、电磁转矩、电机参数,同时还可对其变化过程进行演示,计算过程中按变化计算,电机动态过程的计算,图,12,仿真计算结果,时间（,s,）,电流（,A,）,时间（,s,）,转矩（,N.m,）,时间（,s,）,转速（,r/min,）,时间（,s,）,转角（,0,）,电机设计（路的方法）,