硕士研究生Ansoft课件

Electromagnetic Analysis
Analytical Techniques
Numerical Techniques
Integral Equations
Differential Equations
Boundary Element
Finite Difference
Finite Element
（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、 cos
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、cos
不同的电磁场分析方法
§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
定子绕组 轴
定子铁心
永久磁极 机壳
图2 4相14极电机结构图
气 隙 磁 密 B
机械角度（0）
图6 空载时气隙磁密绝对值沿圆周分布
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
Scalar Potential
Vector Potential
Components Of H Field
麦克斯韦方程的微分形式：
电磁感应定律： 全电流定律：

s
E

ds



t

s
H

ds

i


s
(J

D t
)

da
高斯定律：
磁通连续定律：
泊松方程：
D da q dv
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
电流 （A）
转矩 （N.m）
转速 （ r/mi n）
转角 （0）
时间（s）
时间（s）
时间（s）
时间（s）
图12 仿真计算结果
电机设计（路的方法）
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
3、也可以加外加电路
V1
V2
V3
V4
S1
S2
S3
S4
A
B
C
D
UDC
图11 仿真所加外电路图
u q n
求解区域确定：
电机内稳态磁场的计算
有限元计算步骤：
1. 选择运算方式 2. 建立模型 3. 添加材料 4. 添加边界条件，设定激励条件 5. 设定求解内容 6. 求解 7. 求解结果后处理
Start Field Solution
Generate Initial Mesh
Compute Field
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
§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。
a
V
B da 0
a
磁场能量：
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。
电 磁 转 矩
机械角度（0） 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
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）
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：
求解函数选择：
1、标量磁位 m 。
Bx

0
m x
2、矢量磁位 AZ 。
By

0
m y
边界条件确定：
1、第一类边界条件。 u u0
2、第二类边界条件。 3、周期性边界条件。
Perform Error Analysis
Refine Mesh
Has
No
Stopping Criteria
been met?
Yes
Stop Field Solution
§1 求解模式确定
一、确定求解模式
稳态电场、磁场有限元计算
稳态电场、磁场参数的有限元计算 瞬态电场、磁场有限元计算 热力场 涡流场