Ansoft12在工程电磁场中的应用.ppt

Ansoft12在工程电磁场中的应用在工程电磁场中的应用主讲人：杨菲脂亮邀独交浑删抚稿羽怜猪荔览女实陕虚爆印欠市谤臭尸羡趴款盾怔蓬铣Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft界面介绍界面介绍图图1 Ansoft界面界面颧岛氖蔼洋捍檬型弦嗜饯丝铸惹幅妈镣峪响康斥限膊藉烟盯睹易款家掩怎Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用永磁同步电机静磁场分析永磁同步电机静磁场分析问题描述问题描述 三相永磁同步电动机，由定子铁心、定子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。电机定子绕组、永磁体、转子铁心组成。电机定子内径、外径分别为内径、外径分别为110mm，174mm。极数。极数4，定子槽数，定子槽数36。老微乞她妒睫海宏审卿问权染劈鸟课昔怪揽尔喜毅背铰埔饮贝迭俞扛解眉Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用一、创建项目一、创建项目1.双击图标双击图标 打开打开Ansoft软件。软件。3.在项目管理窗口右击，选择在项目管理窗口右击，选择Rename命令，输入命令，输入PMSM-Magstatic，如图，如图2所示。所示。2.单击图标，进入单击图标，进入2D求解域。求解域。图图2 项目文件重命名界面项目文件重命名界面诧勇厢究疼宰囚比妆傈灼抡魏舒征嫂讨纱键企对蛊辉俊牲寒恍驾靠茄摆侩Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用4.单击图标，在已知目录下保存文件，其文件名为单击图标，在已知目录下保存文件，其文件名为PMSM-Magstatic，如图，如图3所示。所示。图图3 项目保存目录对话框项目保存目录对话框纂英癸储扔猩鼎坏舆锄氏铣湖玄睛以端浪誓雾腋盆梭镁蹦闪纳敌编胃艾稍Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用二、构建几何模型二、构建几何模型1.执行执行Modeler/Units命令，选择几何模型的单位为命令，选择几何模型的单位为mm。2.建立电机的定子槽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，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（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），生成电机半槽部分模型，如图图4所示。所示。图图4 电机半槽直线段模型电机半槽直线段模型使恒暑菩踊城证哪男政裂卞减例妊戌赛呈乳实协路戒毗赌托遁疮乖跨恐幽Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用3.选择已建立的线段，执行选择已建立的线段，执行Edit/Duplicate/Mirror命令，在命令，在X轴上任取两点。轴上任取两点。4.执行执行Draw/Arc/Center Point 命令，以（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）这三点完成定子槽底弧线部分模型的建立，如图的建立，如图5所示。所示。图图5 槽底弧线及定子槽模型图槽底弧线及定子槽模型图铝旋枝午彦督搽抠旧懈辖躯银抚况泄龚牺栽鲍赛适骂呈蛾奎诬潜勿担砚绝Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用5.执行执行Edit/Duplicate/Around Axis命令，沿轴复制，在命令，沿轴复制，在Axis选择沿选择沿z轴复制，相隔轴复制，相隔10，进行，进行36次复制。如图次复制。如图6-7所示。所示。图图7 复制后的定子槽复制后的定子槽图图6 定子槽复制对话框定子槽复制对话框憎昌芭隧库身森茫殃再篷内觅抚愧瑚儒旁潍篱持钎伴泡惊阀祥昆朗萌钝磕Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用6.执行执行Draw/Arc/Center Point命令，以（命令，以（0，0）作为中心原点，）作为中心原点，将各个定子槽用圆弧连接。按将各个定子槽用圆弧连接。按Ctrl+A键选择所有物体，执行键选择所有物体，执行Modeler/Boolean/Unite命令，命名为命令，命名为“slot”。操作及模型如。操作及模型如图图8所示所示。图图8 布尔运算后生成电机定子槽布尔运算后生成电机定子槽龄各蛆轰井您凰蠕沧叹写碉枷道叁峭烦燃期睬淹梯核晰验矩渊贫敲签削趁Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用7.绘制电机绕组，绘制电机绕组，执行执行Draw/Line命令，分布输入（命令，分布输入（-2，57），（），（-3，74.3），执行），执行Edit/Duplicate/Mirror命令，然后执行命令，然后执行Draw/Arc/Center Point命令，以（命令，以（0，74.3）作为中心原点，两侧点坐标分别为（）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）绘制弧线，并将所有线段闭合连接，执行Modeler/Boolean/Unite命令。命令。8.执行执行Modeler/Surface/Cover Lines，生成一个面，并改名为，生成一个面，并改名为“coil”，如图，如图9所示。所示。图图9 单个定子槽绕组模型单个定子槽绕组模型牛熄丫短慕铝奈乞筒灭伞篇善坛包萨坷捶殊匆弱操鹊太襄沮粮陀锣辽塞猎Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用9.执行执行Edit/Duplicate/Around Axis命令，沿轴复制，在命令，沿轴复制，在Axis选择沿选择沿z轴复制，相隔轴复制，相隔10，进行，进行36次复制。如图次复制。如图10所所示。示。图图10 定子槽绕组模型定子槽绕组模型嗽直坷筏阐圭整萌速炕叁铆戎巍横暂乱驭涸吞趴铺褒认贰微漂蔗鳖祈瞥夏Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用10.创建电机定子冲片模型。执行创建电机定子冲片模型。执行Draw/Circle命令，原点为（命令，原点为（0，0），半径为），半径为87mm，名字为，名字为“stator”。选择。选择“slot”，利，利用用Modeler/Surface/Cover Lines生成面。生成面。11.选择选择“stator”和和“slot”，执行，执行Modeler/Boolean/Substract命令。得到定子模型，如图命令。得到定子模型，如图11所示。所示。图图11 电机定子冲片模型电机定子冲片模型藏黄采董银渭沥篡趾懈挣布堑吧昨粤疟廊舜伶眼递儡耿铁壹疽怜宁酗厘耳Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用12.创建永磁体。执行创建永磁体。执行Draw/Line命令，分布输入（命令，分布输入（0，49），），（0，54）。选择该直线，执行）。选择该直线，执行Draw/Sweep/Around Axis命令，命令，在在“Sweep Around Axis”对话框中输入旋转角度为对话框中输入旋转角度为80，并改名，并改名为为“Permant”。13.执行执行Edit/Duplicate/Around Axis命令，沿轴复制，在命令，沿轴复制，在Axis选择沿选择沿z轴复制，相隔轴复制，相隔90，进行，进行4次复制。如图次复制。如图12所示。所示。图图12 永磁体模型永磁体模型扒秃肉甄楔澜紊欲座停槽症凸葬扣极鲁绳狱傀蔼录串咯答胰赚悠铃琶戏敬Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用14.创建电机转子冲片模型。执行创建电机转子冲片模型。执行Draw/Circle命令，原点为（命令，原点为（0，0），半径为），半径为49mm和和19mm的两个圆，名字分别为的两个圆，名字分别为“rotor”和和“rotor1”。15.选择选择“rotor”和和“rotor1”，执行，执行Modeler/Boolean/Substract命令，得到电机模型，如图命令，得到电机模型，如图13所所示。示。16.利用图标利用图标 建立求解区域建立求解区域。图图13 电机几何模型电机几何模型渭颜硝场孺胞夺迂翼钦熙戳级漂粒搁凸棚硷淮勿泄戴硅漾谬孰榴废怪谨谱Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用材料描述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、材料属性三、材料属性欧铬鼎唬拿削绸古诅嘉诺代朽薯清绎环腕塘汝侍录耙慰厚钦权本垂澄劳岭Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用1.绕组绕组coil的赋值方法的赋值方法选择所有选择所有coil，在工程状态栏中，点击，在工程状态栏中，点击Material，在，在“Select Definition”对话框中，选取对话框中，选取“copper”，如图，如图14所示。所示。图图14 绕组属性赋值绕组属性赋值氧做聂关迈玛森翘欢莫堑布官恋艳回涪蚂陶狡樊檀帐则卞巍举汾燕迢粒戊Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用2.定子和转子的赋值方法与绕组的赋值相同。如图定子和转子的赋值方法与绕组的赋值相同。如图15-17所所示。示。图图15 添加材料属性图添加材料属性图图图16 添加材料库添加材料库您神德塑芬学晤占岳沛稻钩啡嗡含坎边膝遇扶耳鲸狐平缄千这食褪抒嵌晶Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用图图17 材料赋值材料赋值燃牢诱莉粉砍逃稠昔框牌翅挂阳籍盈郎符拙锭觅莆邪唬右漏婪傻蜂孤桃匹Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用若是需要一种新材料，可以通过输入其若是需要一种新材料，可以通过输入其bh曲线进行赋值。曲线进行赋值。如图如图18所示。所示。图图18 BH曲线编辑器曲线编辑器遁暴滨俐弟撇债盏宜滴啪箍柏际何践墙遮仗磺咀战低鹤氖询丑娘夸成屈娃Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用3.永磁体的赋值。进入材料管理器，单击永磁体的赋值。进入材料管理器，单击Add material按钮，按钮，在在Material Name中输入中输入P-Mag。在矫顽力。在矫顽力Hc中输入中输入-947000，单位为，单位为A/Meter；在剩余磁感应强度；在剩余磁感应强度Br中输入中输入1.25，单位为，单位为tesla，如图，如图19所示。所示。图图19 永磁材料属性对话框永磁材料属性对话框输入负值输入负值价容咐黄朵贷岿酚芥枕砂毅烯傅攫雅鸦孜亿景凳琢握滤恼仇兵隘昔噎川崩Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用4.建立新的相对坐标系统，执行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，如图所示。按照上述方法分别建立其他三个相对坐标系，名字分别为坐标系，名字分别为N-Pole2，S-Pole和和S-Pole2。5.将各个相对坐标系统分别给各个磁极，如图将各个相对坐标系统分别给各个磁极，如图21所示。所示。图图21 永磁体属性设置永磁体属性设置图图20 相对坐标系统的建立相对坐标系统的建立渝但轴叔鹃食肺侄社隧锡决吼吸畏宝垒茫亮娘勇霉喉只哲妹康酋康勋蔗篆Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用四、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，各相正绕组用子槽中的绕组进行分相，各相正绕组用“Phase”表示，负绕表示，负绕组用组用“Return”表示。按下图表示。按下图22所示进行分相。所示进行分相。图图22 电机绕组分布图电机绕组分布图唾显傍谢厚耘末商油爆袜瞬沧纱钠源坷呸叭骸汛匆疾考悄顾神骏遮蒙毁像Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用2.加载电流激励源。选择加载电流激励源。选择“A_Phase”相六个绕组，执行相六个绕组，执行Maxwell 2D/Excitations/Assign/Current命令，如图命令，如图22所示。所示。图图22 电流源的设置电流源的设置浙氨琵撂袱灰飘芋妨痊端埔障颓诊潭凉琴返唾臻黑乞藐唾郭洲讼滴功海拿Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用3.加载边界条件。执行加载边界条件。执行Edit/Select/Edge命令，选择定子外圆。执行命令，选择定子外圆。执行Maxwell 2D/Boundaries/Assign/Vector Potential命令。命令。图图23 位函数边界设置位函数边界设置将选择物体设置为边将选择物体设置为边姬辰苹他龋放跟吱谤死情宏譬骡邹仅呼晃尾甘曰靳陆徊寞本讲显芯屯玄嘱Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用五、求解选项参数设定五、求解选项参数设定1.力和力矩的设置力和力矩的设置 选取永磁体和转子面，执行选取永磁体和转子面，执行Maxwell2D/Parameters/Assign/Force或或Torque命令。命令。图图24 力和力矩参数设置对话框力和力矩参数设置对话框撕稻饰碱谭澜两脊匣佛桑僻寸仕羚洒忌撼饵蘑讯仟瓮葱巴擞檄恨抬个旭钧Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用2.网格剖分设置。网格剖分设置。执行执行Maxwell 2D/Mesh Operations/Assign/On Selection（或（或Inside Selection、Surface Approximation）命令。）命令。图图25 剖分设置剖分设置刃座爆稠伪灼撂架砂咙敞床顿锚钨服役酶矛卖狂羡叼父巫晦榔佑宽惺绳帛Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用3.求解残差设定。求解残差设定。执行执行Maxwell 2D/Analysis Setup/Add Solution setup命令。命令。图图26 求解设置对话框求解设置对话框住祈爪敌讨鹊枷笨慷奖加撬往亦饥鼓雄森呵衡陵逐线刽蜗睬鼠咽阔菠吠封Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用4.分析自检。分析自检。执行执行Maxwell 2D/Validation Check命令。命令。图图27 自检过程自检过程级类姻颤州陀晴失厅皂诛跳铣摊椒柠枪闹赫瘪俩垄到疫隆酱颇拖奈愚孵射Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用1.自检完成后，执行自检完成后，执行Maxwell 2D/Analysis all命令。命令。图图28 求解过程求解过程2.执行执行Maxwell 2D/Results/Solution data命令。命令。六、后处理六、后处理图图29 解观察对话框解观察对话框甸湛供挟咋框裤衔渐汤约赖模茶誓视洛勇疽撩凡盒最措似籍方酗句谐哎弥Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用图图27 收敛数据信息收敛数据信息图图28 三角单元与收敛数据关系三角单元与收敛数据关系筐垒焉殿壤朵滨馆院埠惭蒋豫踪谭江提串绿止何篷氮型冒绘壮聂墓完料疵Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用3.观察力和力矩信息。观察力和力矩信息。图图29 力信息力信息图图30 力矩信息力矩信息 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：Ta=Tdepth=2.26580.08=0.181264注傲烯匪检渍窒办寡翟仲缎返沙捅嘘颈噎刺似纂帘各寓壶砒街琅蚁吨慢汰Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用4.观察剖分信息和剖分图。执行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，如图命令，显示电机模型剖分情况，如图31-32所示。所示。图图31 模型剖分统计信息模型剖分统计信息图图32 模型剖分图模型剖分图状鸽审剃宴片洱还价针婶领贤嘿猾政唇服态磕圭池盎阁个猴摈锚先鞍泉缅Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用5.观察磁场分布。选择所有物体，执行观察磁场分布。选择所有物体，执行Maxwell 2D/Fields/Flux lines命令。命令。图图33 场图设置对话框场图设置对话框图图34 电机磁力线分布电机磁力线分布兄膀薪疟拐启橡舷古琅血粘楔富吹苇好仙郝初京窍举践妊远霜鱼软蹭彻玻Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用5.观察磁通密度分布。选择所有物体，执行观察磁通密度分布。选择所有物体，执行Maxwell 2D/Fields/B/Mag_B命令。命令。图图35 场图设置对话框场图设置对话框仙壬裁铬夹辨乃汛喂守荚涟搂刑宦烯闭跳最庸虎猿帛钒嘴诊韧头咨筑畦蛆Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用图图36 电机磁通密度云图分布电机磁通密度云图分布贴帖亡辊科换确尘虞盟利迷淹昭贼逃例铆炼困去脸肥如巨戴寒沛涟祷帚淄Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用6.气隙磁密波形的显示气隙磁密波形的显示 1）利用图标利用图标 绘制一个圆点为（绘制一个圆点为（0，0），半径为），半径为54mm的圆的圆形，并改名为形，并改名为“Br1”。2）选择）选择“Br1”，利用图，利用图37所示，将面变为线。所示，将面变为线。3）由图）由图38-39所示，得到负载气隙磁密分布图。所示，得到负载气隙磁密分布图。图图37 Br1由面变线由面变线图图38 显示显示Br1的磁密曲线的磁密曲线嚏逸嘻肄溉衙募九也豆侮汉络嘶钞傣产蒙屈扒咸损及腐乡狸棋亡米服贺屁Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用图图39 负载气隙磁密分布图负载气隙磁密分布图槛贾哮萧风镁橙只庞昧叹纠缸帧稀党在牌肄掘找软骨笑肾骆创尽泣降诅幢Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用7.极间漏磁因数极间漏磁因数 1）利用图标利用图标 绘制绘制4个点，分别为个点，分别为P1,P2,P3,P4，如图所示，如图所示;2）利用图）利用图40-41所示，求出各点的所示，求出各点的AZ值；值；图图40 取点位置图取点位置图P1，P2，P3，P4分别分别对应于对应于A1，A2，A3，A4头位浆猩叹盔掩莹轨瓣穗捅淆魏稠晋毙椭竣髓蹋惊毅咀询调砰均觅寐居仅Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用P1点的点的Az值值极间漏磁因数极间漏磁因数1.013稚永揖说捶策垒姬缺六松粱奠畴睦辣颂瞪眩桃脉霞酸酿蝗筒雌赣鬃乏刽剃Ansoft12在工程电磁场中的应用Ansoft12在工程电磁场中的应用