基于Ansoft电机仿真分析
基于Ansoft的无刷直流电机设计与分析
基于 Ansoft的无刷直流电机设计与分析摘要：无刷直流电机集各种相关科技的发展成果于一身，克服了电刷和换向器带来的缺点，保留了良好的机械特性与调节特性，使之逐渐在各领域崭露头角。
利用 Ansoft 软件，设计一款额定转速 5200 r /min，12 槽 16 极三相永磁无刷直流电机，从电机的结构尺寸、永磁材料方面分析了电机的设计要求。
利用软件中的ＲMxprt 和 Maxwell 模块建立了电机的仿真模型，得到了空载和负载情况下电机性能曲线。
最后制造出原理样机并搭建了测试平台进行试验，获得了电机的机械特性曲线。
结果表明: 电机工作稳定满足设计要求。
关键词：Ansoft; 无刷直流电机; 电机设计我国的风机数量巨大,耗电量惊人,风机节能越来越受到大家的关注,而变速节能是风机节能领域的重要环节。
永磁无刷直流电机可以通过控制电路的占空比来进行无极调速,且调速范围宽,还有具有不失步、功率密度高和高效节能等优点,特别适合在通风机等风机节能领域中使用。
永磁无刷直流电机是一种不需要机械电刷的新型电机，因其结构简单、可靠性好、效率高，在工业领域得到广泛应用，近些年，出现了无位置传感器的无刷直流电机，由于不需要传感器检测转子的位置，使得电机的结构更加简单，进一步增强了电机的可靠性，扩大了电机的使用范围。
一、永磁无刷直流电机从发明至今，直流电机不论是在家用电器还是工业通用领域都有着广泛的应用。
然而，由于直流电机的换相均通过电流换相完成，传统的直流电机的换相都是通过机械电刷和换向器完成，在其接触面上不可避免地存在摩擦，这些摩擦就造成了火花产生、噪音出现、维修困难的缺点，除此之外，制造成本也限制了其发展。
半导体技术的兴起推动了电力电子技术的发展，大功率电子开关器件得到广泛应用，经过长期的应用，这种电机的优点逐渐体现出来，比如：更加优秀的转矩转速特性、高速动态响应、高效率、长寿命、低噪声、高转速、无换向火花、运行可靠和易于维修等[1]。
基于Ansoft的永磁同步发电机建模与仿真
（11）
从而在每一时间段有限元模型中每一点都
图2 带外电路的PMSG 仿真系统结构
2.4 模型的网格剖分 有限元法应用于电磁场的实质就是把连续 的电磁场问题变为离散系统的问题来求解， 电机 模型的离散化就是通过网格剖分来实现的， 它直 接影响有限元计算结果的精确性。A n s o f t 具有 自适应网格剖分的功能， 自适应网格加密技术的 前提是网格的自动剖分。 自动剖分主要是根据场 域的几何结构来进行的， 自适应网格剖分是在此 基础上根据对场量分布求解后的结果对网格进 行增加其剖分密度的调整。 首先对电机模型进行 自动剖分， 如图3所示， 此自动剖分比较稀疏， 影 响计算的准确性， 需要对其加密。 理论上网格越 密， 计算的就越准确， 但考虑到计算机资源以及 计算时间因素， 我们只需要重点加密磁场变化率 较大的气隙部分， 得到的剖分图如图4所示。
t /s
图3
初始化的网格剖分
图4
加密处理后的网格剖分
6
图5
B 相反电动势波形
Winding Current vs Time
3
仿真结果及其分析
emt (V)
4 2
麦克斯韦方程的微分形式为： ∂A ×ν ×A=Js - σ — - σ ν + ×Hc+σν× ×A （10） ∂t 其中： Hc —永磁体的矫顽力； ν —运动物体的速度； A—磁矢量；
陶永根
据上海华东钢 材市场消息， 今 年以来国内钢 材市 场上的冷、 热轧硅钢片因受上游原材料涨价的影响， 有 关钢厂以 “成本推动” 为由， 较大幅度调高了出厂价， 对 此， 市场上反应较为平静， 下游企业观望气氛浓厚， 市场 行情处于 “不冷不热” 的 “温吞水” 态姿。 尤其是二季度 4月份， 市场行情虽然稳中有升但无法改变出厂高， 市场 价格低的 “倒挂”行情， 使硅钢片流通 “陷入困境” ， 这 与有关钢厂调高出厂价时看好后市预期形成了强烈的反 差。二季度是下游企业生产旺季， 为什么对硅钢片需求 未出现 “火爆” 现象呢？ 有关业内人士分析认为： 要客观理性看待国内硅钢 片市场需求正在发生的变化。 较长时间以来， 以硅钢片 为主要原材料之一的电机、家电产品出口相当旺 盛， 几 乎每年以二位数百份比增长率上升。然而， 在 2007 年电 机总产量中： 出口电机 2157.1万 kW， 同比增长 20.3%， 增 2008 年一季度， 速同比反而减慢 6.4% 。 家电出口方面， 冰箱共出口404万台， 同比增长仅 2.5%； 出口家用空调器 1170万台， 同比增长 6.6%； 洗衣机出口356万台， 同比增长 11.3%； 吸尘器出口1970万台， 同比增长 3.2%； 微波炉出 口1046万台， 同比下跌5.3%； 电风扇出口同比下降15.7%。 电机、家电出口增幅趋缓， 对硅钢片需求有不同程度的
基于Ansoft的永磁电机定子匝间短路故障仿真实现方法
基于Ansoft的永磁电机定子匝间短路故障仿真实现方法随着第三代永磁材料成本下降，永磁电机以其高效节能的突出优势已成为当今工业电机、风力发电以及电动汽车驱动电机的首选。
永磁电机的广泛应用，使得其故障研究已成为关注的热点。
本文对永磁电机定子匝间短路故障的模拟方法进行了研究，提出在Ansoft软件环境下，可以通过改变定子绕组匝数和激励源的大小两种方法实现，求解后便可得到永磁电机匝间短路后的故障性能曲线和参数。
标签：永磁；电机；定子；匝间短路1 引言永磁电机因其用永磁体代替了转子上的励磁绕组，使其具有效率高、体积小、节能效果明显等特点，致使传统电机本体的永磁化是其重要的发展方向，同时也成为节能产品首选电机机型，常见的永磁电机主要包括永磁同步电机，永磁无刷直流电机，永磁直线电机等。
永磁电机在长期连续运行过程中，如果外界条件比较恶劣，将有可能引发各种故障，而定子匝间短路故障是最常见的故障之一，如不能及时发现，将会进一步恶化，发展为严重的单相接地故障和相间故障，甚至破坏性更大的三相短路故障，影响生产的产品质量和所拖动机械设备的工作状态。
随着永磁电机在汽车工业、航空系统、电力产业等行业的广泛应用，吸引了更多学者对永磁电机故障展开研究，而电机的故障实验研究是一项破坏性研究，因此仿真分析方法是电机故障研究常用的方法，在仿真分析的基础上对电机故障进行研究更具有目的性，同时也为故障实验的研究提供依据，基于此，本文对永磁电机定子匝间短路故障的仿真实现方法进行了探索。
2 永磁电机仿真模型的建立Ansoft软件是有限元（FEM）数值分析方法的一种，可以用来分析电机、变压器等电磁装置的静态、稳态、瞬态、正常工况和故障工况的各种特性[1]，其所所建模型能够反映电机内部各种因素的影响。
本文以Ansoft/Maxwell为仿真平台，仿真电机为丰田混合动力车驱动用永磁同步电机，其额定功率为42kW，永磁体呈V型分布，定子绕组为单层线圈结构，极对数为4，定子槽数为48。
基于Ansoft的永磁无刷直流电机性能分析
基于Ansoft的永磁无刷直流电机性能分析永磁无刷直流电机（BLDC）具有体积小、起动转矩大、温升低、高功率等诸多优点。
在微电机领域，永磁无刷直流电机颇具潜力和优势，随着相关技术的不断发展其必将在小电机领域占据主导地位。
文章运用有限元软件Ansoft Maxwell，在Maxwell 2D环境下建立BLDC模型，对BLDC空載及负载时的磁场及电机性能进行了仿真分析。
其次，使用等效磁路软件RMxprt，利用参数变量分析法，完成了齿槽转矩的优化分析；同时，研究分析了定子槽型、导线直径、气隙长度、极弧系数对永磁无刷直流电机某些性能的影响，通过RMxprt仿真分析结果，可以为优化电机设计参数提供依据。
标签：永磁无刷直流电机；有限元分析；优化分析引言永磁无刷直流电机是一种新型电机，是电机技术、电力电子技术、微电子技术与控制理论相结合的一体化电机，具有结构简单、单位出力大、易于控制、较广的调速范围、效率高、损耗小等优点，被广泛应用于国防、航空航天、工农业、医疗设备和日常生活领域[1-3]。
对于永磁无刷直流电机性能的分析仿真已经成为了电机领域热点研究问题。
在永磁无刷直流电机的性能分析法中，常用的有状态方程仿真法、直流电机分析法、等效磁路法、电磁场有限元法等。
由于电磁场有限元分析法能够综合考虑铁磁材料的非线性及参数的变化，被广泛应用与电机分析。
文章采用Ansoft Maxwell对电机磁场分布和变化比较复杂的永磁无刷直流电机进行分析，同时运用RMxprt分析电机参数变化对电机性能的影响。
1 永磁无刷直流电机有限元分析模型文章所研究电机为内转子结构，所分析电机参数如表1所示[8-9]。
由于磁场随转子位置而时刻变化，采用部分场域分析的方法，边界条件较难确定，因此文章采用全场域分析的方法[5-6]。
为了建立永磁无刷直流电动机内部磁场的微分方程，确定求解区域和有限元求解的边界条件，作如下假设：（1）忽略电机端部磁场效应，磁场沿轴向均匀分布，矢量磁位A和电流密度J只有轴向分量Az和Jz，故磁感应强度只有Bx和By分量；（2）忽略转子铁心中的涡流、磁滞损耗；（3）磁场仅被限制于电机的内部，定子的外部边界及转子的内部边界认为是零矢量磁位线；（4）不计交变磁场在导电材料中如定子绕组及机座中的涡流反应。
基于Ansoft 12的小功率开关磁阻电动机仿真研究
对 小功 率开 关磁 阻电动机 在 小型 电动 车上 的应 用有一 定 的参考 作 用 。
关 键 词 ： 关 磁 阻 电 动 机 ； ｓｆ Ｍ ａ ｗｅ ； 开 Ａｎ ｏｔ ｘ ｌ 电动 车 ｌ 中 图分 类号 ： ＴＭ ５ ３２ 文献标 志 码 ： Ａ
ＬＩ ｕａ ｃ Ｎ Ｙ ｎ ｈｕｎ， Ｙ Ｅ ｎ Ｂａ ｇｙａ ｎ
（ ｃ ｏ ｌｏ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌａ ｄ Ａｕ ｏ ｔｖ ｇ ｎ ｅ ｉｇ，Ｓ ｕ ｈ Ｃ ｉ ａ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ，Ｇｕ ｎ ｚ ｏ １ ６ ０ Ｓ ｈ ｏ ｆＭ ｃ ａ ｉａ ｎ ｔ ｍｏ ｉ ｅ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｏ ｔ ｈ ｎ ｉ ｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｇ ｈ ｕ ５ ０ ４ ，Ｃｈ ｎ ） ｉａ Ａｂ ｔａ ｔ Ｌｏ ｐ ｗｅ ｗｉ ｈ ｄ ｒ ｌ ｃａ ｃ ｏ ｏ （ ＲＭ ）ｈ ｓｂ ｅ ｄ ｓ ｒ ａ ｌ ｓ ｄ ｉ ｍａｌｅｅ ｔ ｉ ｃ ｒ ｕ ｈ ａ ｏ ｆｔ ｕ ｉ ｍ ｓｒ ｃ ： ｗ— ｏ ｒｓ ｔ ｅ ｅ ｕ ｔ ｎ ｅｍ ｔ ｒ Ｓ ｃ ａ ｅ ｎ ｗｉ ｅ ｐ ｅ ｄ ｙ ｕ ｅ ｎ ｓ ｌ ｌ ｃ ｒｃ ａ ｓ ｓ ｃ ｓ ｇ ｌ ｏ ｒｓ
基 于 Ａｎ ｏｔ ｓｆ １ ２的小功 率 开 关磁 阻 电动机 仿 真研 究
林 远春 ， 叶邦 彦
（ 南理工大 学 机械 与汽车工程 学院， 东 广州 ５０４） 华 广 １ ６ ０
摘 要 ： 近年 来 ， 小功 率 开 关磁 阻 电 动机 （ ｗｉ ｈ ｄＲｅｕｔｎ ｅＭｏｏ ， Ｓ ｔ ｅ ｌｃａ ｃ ｔｒ 简称 Ｓ Ｍ） 小型 电动 车 中 ｃ Ｒ 在 （ 高 尔夫观 光 电动 车 、 逻 车 等） 应 用越 来越 广 ， 文基 于 Ａｎ ｏｔ 件 的 Ｒ 如 巡 的 本 ｓｆ 软 Ｍｘ ｒ 模 块 建 立 ４相 ８ ６ ｐｔ ／
基于 Ansoft 的永磁同步电机退磁仿真分析
基于 Ansoft 的永磁同步电机退磁仿真分析摘要：为了保证永磁同步电机抗退磁能力仿真的准确性，本文提出了一种基于 Ansoft Maxwell 软件的永磁同步电机退磁仿真方法。
以12S10P磁同步电机为例(PMSM) ，首先详细的介绍了此退磁仿真的电磁设置；然后评估与验证了此退磁仿真方法的仿真值与实测值差异；最后提供了此仿真方法的问题与改进思路，为永磁同步电机退磁仿真提供了参考。
关键词：Ansoft；退磁引言在压缩机的应用工况下，为了保持整套系统的高可靠性，压缩机中所有零件都需要进行可靠性评估，使所有的零件都能保持在正常的状态下运行。
对于压缩机中的主要驱动零部件——电机来说，永磁体退磁是一个重要的指标[1]。
为了保证永磁同步电机按照设计的状态运行并达到设计的效果，永磁体需要在充磁饱和的状态下工作[2]。
当永磁同步电机转子永磁体发生不可逆退磁，整个电机将不再运行于最佳工作状态，进而影响到压缩机的性能。
因此对永磁同步电机进行抗退磁能力评估是一项重要的工作。
目前对于永磁同步电机的退磁电流的测试方法一般为：并接电机绕组某两相，给绕组通入电流使转子自动定位，并固定电机转子此时位置，随后通入反向电流，并对比测试通入退磁电流前后的线磁链值，以该值下降 3 % 为限定标准。
但是，目前采用的仿真分析方法为在永磁体上设定取样曲线，并计算施加退磁电流后取样曲线上剩磁回复值，按照剩磁平均值降低 3 % 为限定标准。
以上实验测试方法和仿真分析方法存在判定指标不一致的情况，因此为了提高仿真准确性以及仿真与测试的一致性，以及充分应用 Ansoft 的退磁仿真功能，本文对 Ansoft 的退磁仿真功能进行了研究。
1 Ansoft仿真分析软件退磁仿真1.1基本设置1.1.1电机退磁仿真工况电机运行状态按照正常的电机性能仿真设定，仿真模型为模拟电机正常运行并通入了较大电流时电机永磁体发生退磁的情况，按照 3 % 磁链降低为界限限定。
基于Ansoft的开关磁阻电机有限元分析与研究
河北工业大学硕士学位论文基于Ansoft的开关磁阻电机有限元分析与研究姓名：高洁申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：孙鹤旭20081101河北工业大学硕士学位论文基于Ansoft 的开关磁阻电机有限元分析与研究摘要开关磁阻电机是近年来随着电力电子技术和控制技术的发展而诞生的一种特种电机，并以其结构简单、坚固、成本低廉、起动转矩大、效率高等优点，在许多领域得到了广泛的应用。
利用电机电磁场理论和有限元法进行开关磁阻电机磁场分析与计算，在其研究中占据至关重要的地位，它是整个电机设计和运行性能分析的基础。
由于开关磁阻电机结构与传统的交直流电机具有很大的差别，加之其显著边缘效应及高度的过饱和特性，以路的观点进行电机性能的理论分析便显出很大的局限性；相反地，以场的观点，全面、系统地分析电机性能，以便进行电机设计、性能分析及仿真计算，便显示出极大的优越性。
本论文以开关磁阻电机电磁场的有限元分析为主题开展研究工作，在系统总结电机电磁场以及工程电磁场数值计算理论的基础上，基于工程电磁场有限元分析软件Ansoft ，采用全场域的分析方法，对开关磁阻电机的磁场分布、静态特性等进行了大量的仿真分析与研究。
一方面得出了开关磁阻电机在几个典型转子位置下的磁场分布图，并据此总结了电机内磁场的分布规律；另一方面绘制出了开关磁阻电机的非线性磁化曲线族，即ψ-θ-i 关系曲线、电感曲线和静态转矩曲线等静态特性曲线。
此外，本论文还分析了开关磁阻电机的稳态温升，建立了其等效磁网络模型，并对开关磁阻电机的稳态特性进行了仿真研究，计算出了电机在稳态运行情况下的相电流、磁链以及动态转矩等曲线。
同时，针对开关磁阻电机运行过程中存在转矩脉动的缺点，本论文还讨论了其减振降躁的一些具体措施。
由仿真结果可知，本论文所建立的开关磁阻电机二维有限元分析模型计算出的性能参数是比较准确可靠的，同时也说明本论文所提出的等效磁网络模型对SRM 稳态特性的研究具有较高的精度，从而为对开关磁阻电机的工作原理和内部电磁关系作系统而详细的分析，研究其工作特点和内在规律，对开关磁阻电机性能校核与稳态特性研究以及进行有效的电机电磁设计工作提供了可靠的依据。
基于ANSOFT开关磁阻电机建模与控制策略的仿真研究
和三 维 有限 元模 型， 采用 不同控 制策 略对开 关磁 阻电机 有 限元 模 型 进行 动 态 仿真 研 究 。 有 限元 仿真 结果 与 将 ＭＡＴ ＡＢ仿真结果进行 比较 ， 果表明有 限元法建 立的 Ｌ 结
理论与设计
基于Ａ Ｏ Ｔ ＮＳ Ｆ 开关磁阻电机建模与控制策略的仿真研究
凌岳伦 王勉 华 王 岩 石 磊 温 东 园
西安 科技 大 学 （ １０ ４） ７０５
Ｓｉ ｕｌ ｔｏ ｔ ｙＯ ｌ ｏ ｅｉ ｇａ ｄ Ｃｏ ｔｏ ｔ ａｅ ｙｏ ｍ ａ ｉｎ Ｓ ｕｄ ｌ Ｍ ｄ ｌｎ ｎ ｎ ｒ ｌ ｒ ｔ ｇ ｆ Ｓ
应 在转 子齿对槽的位置 附近是比较严重的 ， 解 决 这一问题 的有效方法就是 采用三维有限元分
钔
。
本 文 以８６ 开 关 磁 阻电机 为研 究 对 象 ， ／极 建
立 其二 维 和 三维 有 限元 模 型 ， 对开 关磁 阻 电机 的
ｔ ｅｖ ｒ ｃ ｔ ｎ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｉ ｉｅｅｅ ｅ ｔｍｏ ｅ ， ｈ ｈ ｅ ａ ｉｙ ａ ｄ ａ ｃ ｒ ｃ ｆｆｎ ｔ ｌｍ ｎ ｄ ｌ ｔ ｅ
ｓｍｕ ａ ｉ ｎ ｒ ｓ ｌｓｏ ｎ ｔ ｌ ｍｅ ｔｍｏ ｅ ｎ ＡＴ ｉ ｌ ｔ ｅ ｕ ｔ ｆｆ ｉｅ ｅｅ ｎ ｄ ｌａ ｄ Ｍ ｏ ｉ ＬＡＢ
ｈａ ｅ ｏ ｐａ ｅ ｖｅ ｂｅ ｎ ｃ ｍ ｒ ｄ．Ｔｈ ｅ ｕｌ ｎｄｉ ｔ ｄ ｔ ｔｔ ｎｉｅ ｅ ｒ ｓ ｔｉ ｃａ ｅ ｈａ ｈｅ ｆ ｔ ｉ
模 型 及其驱 动系统 有 利于对 电机 转 矩和 磁链 特 性进 行
准 确分析， 同时能 指导开 关磁 阻电机 及其 控制系统 的设
基于ANSOFT的在线启动永磁同步电机空载启动仿真研究
2010年第34期（总第169期）NO.34.2010（C um ula tive tyNO.169）摘要：利用Ansoft公司的M axw ell2D瞬态模块，建立了在线启动永磁同步电动机模型，加载激励源，构成一个完整的仿真系统。
通过对电动机的模型瞬态有限元分析，得到了绕组磁链、转速、转矩和反电势曲线。
仿真结果精确地反映了在线启动永磁电动机启动过程，为永磁同步电动机优化设计、减少转矩脉动、提高启动转矩提供了理论依据。
关键词：在线启动永磁同步电动机；启动过程；电磁场有限元法；Ansoft瞬态分析中图分类号：TM341 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2010）34-0140-03在线起动永磁同步电机也是一种典型的永磁同步电动机，该机与一般普通感应电机一样，在启动过程中也要求具有一定的起动转矩倍数、起动电流倍数和最小转矩倍数，还要求其具有足够的牵入同步的能力。
由于在线起动永磁同步电机在转子上安放了永磁体，使得电机交、轴磁路磁导不相等以及永磁体的存在，给起动过程的计算分析带了困难。
若启动绕组设计不当，即使电机运行性能很好，也可能使机不能牵入同步运行。
因此在线启动永磁同步电机的启动过程比感应电机复杂，在启动过程中既有平均转矩又有脉动转矩，并且这些转矩的幅值随电机转速的变化而改变，在线起动永磁同步电机一般用在要求较高的场合，对电动机的要求主要体现要求电动机具有高效率、高功率因数、较高的起动品质因数和单位功率的永磁体用量，所以，正确地确定电机的主要尺寸、选择永磁材料和转子磁路结构、估算永磁体尺寸定转子冲片尺寸和绕组数据的选择，对电机的性能有重大影响。
本文应用Ans oft公司的电磁分析软件对电机动过程进行了仿真，说明有限元磁场分析方法对复杂永磁同步电机分析的精确性。
1 设计软件分析随着计算机辅助设计技术的飞速发展，涌现出了许多用于电磁场有限元数值计算的软件。
大多数软件静态场分析较为完善，所以目前一般是利用有限元软件进行静态分析，优化设计永磁同步电动机。
基于ANSOFT的永磁直线无刷直流电动机的仿真研究
Simulation and Analysis of Linear PM Brushless DC Motor Based on ANSOFT
鲁 军 勇 1978 年 6 月 生, 2001 年毕 业 于 武 汉 海军工程大学电气工 程 系, 学 士学 位。 现 为 西 安交通大学电机及其 控 制工程系在读硕士研 究 生。研究方向为直线 电 机设计及其控制。
通电 绕组 A+ CC- B+ B+ AA- C+ C+ BB- A+
( A+ C- ) ( C- B+ ) ( B+ A- ) ( A- C+ ) ( C+ B- ) ( B- A+ ) , 从这里可以看到, 在动子 进行一个周期内, 动子绕组将经过 6 次换相。根 据动子所处位置范围及通电绕组次序, 我们可以 得到逆变器驱动逻辑信号, 如表 1 示。根据表 1, 我们可以利用 MAXSWELL 2D 提供的电路元件搭 构简单的逆变器模型如图 2 所示。驱动电路模型 如图 3 所示。开关 K1~ K6 的通断时机受受控电 压源 V1~ V6 控制。
图 1 逆变器模型
图 2 驱动电路模型
3 系统仿真结果及其分析
本文中 LPMBDCM 的模型 参数如表 2 所示。 电机有 18 个槽, 每极每相是一个槽, 采用双层整 距分布绕组形式。导电方式是两两导通三相星型
六状态。初级是三相线圈, 次级是 N, S 相间的永 磁体。设置粘制摩擦系数 100N s m- 1 , 初级总质 量为 5kg, 电动 机空载起 动。图 4 为 t = 0. 2865s 的电机磁场分布图。利 用 ANSOFT 软件, 我们还 可以得到电机的转速、电磁推力、法向力、相电流、 反电势、磁链、损耗等。图 5 是A 相电流曲线。从 图中可 以看 出当 功率 管轮 换导 通时, A 相 电流 有一个小的波动, 这是由于功率管开关时有上升
基于Ansoft的车用永磁同步电机电磁场仿真
基于Ansoft的车用永磁同步电机电磁场仿真随着新能源汽车的发展，永磁同步电机得到了广泛应用。
由于其磁场空间分布的复杂性，往往在电机结构设计阶段带来较大的困难，本文基于Ansoft软件提出一种永磁同步电机有限元模型进行电磁场仿真方法，准确计算电机的主要性能和参数，为电机优化设计提供可靠依据。
标签：永磁同步电机；Ansoft；电磁场仿真0 引言在永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）产品设计验证阶段，通过有限元仿真的方式来分析电机电磁场仿真结果，能有效的的替代繁琐耗时的实验分析，为产品的设计和优化提供可靠的依据。
作为电机电磁场有限元仿真软件之一的Ansoft/Maxwell基于是麦克斯韦微分理论，通过将有限元划分成离散空间分布，将电磁场的求解计算转变为数学形式上的矩阵求解，提高电机有限元仿真的准确性，除此之外，其拥有丰富的参数设计和仿真功能，在永磁同步电机设计中应用广泛。
本文以车用的电驱动系统中永磁同步电机作为研究对象，通过建立有限元模型，进行有限元电磁场仿真，从而获取电机运行时的转矩、电流、功率特性以及电感等结果，为优化设计提供可靠依据。
1 基于Ansoft的PMSM有限元模型建立建立准确的PMSM有限元仿真模型是对电机准确电磁场分析的关键。
在PMSM有限元模型的设计中，将定子尺寸通过Ansoft/Maxwell软件中RMxprt参数化模块生成定子模型和绕组方式。
转子部分则通过AutoCAD画出并导入到Ansoft/Maxwell中，然后分别设定相应的面域和材料属性，并设定永磁体的磁场方向，通过网格划分完成模型的建立。
2 基于Ansoft的PMSM有限元电磁场仿真在建立完成PMSM有限元模型后，采用三相对称正弦电流激励的方式，在稳态工况下，完成PMSM有限元模型的基本电磁场仿真。
为保证设定的A、B、C三相激励电流为对称正弦，则三相电流的相位相差120°，且三相电流的频率相同且与电角频率相一致，从而使定子电流产生的电枢磁场与永磁体产生的励磁磁场保持稳态的同步旋转速度。
基于Ansoft的永磁同步电动机启动过程仿真研究_万红波
less, 绕组为铜 , 定子槽采用梨形槽 , 永 磁体材料采 用 NdFe35.电动机
结构尺寸等基本参数见表 1。
表 1 PMSM主要结构参数 Tab.1 MajorStructuralParametersofPMSM
参 数
数 值 参 数
定子外径 /mm
120 永磁体切向厚度 /mm
定子内径 /mm
Ansoft公司推出的 Maxwell2D电磁场分析软件不仅具 有完善的 静态电磁场分析功能 , 对瞬变电磁场的分析同样卓越 , 具有 强大的后 处理功能 , 这就为开关 磁阻电 动机 参数 的计算 提供 了一 个方 便、快 捷 、准确的计算工具 。
Ansoft软件相对于其他软件有许多新的特点和优势 [ 5] :一是该软 件具有许多开发成熟的电机模 型, 多 数电机都可以 在库中找到 , 给使 用者带来极大的方便 ;二是该软件设 计的电机驱动 电路部分 , 与电机 模型连在一起进行仿真 , 提出了一个 整体分析的思 想;三 是模型建立 后 , 可以输入需要优化的参 数, 软 件可以灵活进 行优化设计 。 本文采 用 Ansoft公司的 Maxwell2D瞬态模块对永磁同步电动机进行建模 , 加 载三相交流电源, 就可以进行汽车永磁同步电机启动性能的仿真研究。
4.2 空载启动转速 、启动转矩和启动电流仿真结果 空载启动转速随时间的变化 曲线仿真 结果如图 7 所示 , 可 以看
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拖拉机与农用运输车 第 2期 2009年 4月
出 :电机大致 在 0.10 s左右达到 了同步速 , 显然在不同 的时刻必将 得到一族速度曲线图 , 而且启动到 0.012 s时的凸点与脉振转矩在牵 入同步速附近所发生的振荡有关 。
由于异步启动是启动永磁同步电动机的常用方法 , 但电机交 、直 轴磁路磁导不相等以及永磁体 的存在 , 给 启动过程 的计算分 析带来 了困难 。 若启动绕组设计不当 , 即使电机运行性能很好 , 也可能使电 机不能牵入同步运行 [ 4] 。
基于Ansoft的开关磁阻电机建模与仿真（可编辑）
基于Ansoft的开关磁阻电机建模与仿真维普资讯 ////0>.∞喇理论与设计基于的开关磁阻电机建模与仿真杨丽伟张奕黄北京交通大学摘要:采用公司的和模目前,国内外对开关磁阻电机及其控制系统块建立了开关磁阻电机的模型,给出了电机的功率变换电的仿真大多是用或者来进行的,路,构建了一个完整的仿真系统。
通过对模型的有限这些方法一般根据电机的状态方程进行仿真。
由元分析,得到了的随转子位置变化的电感曲线,同时于开关磁阻电机的运行过程中的非线性特性,在得到了转矩、相电流及磁链曲线。
仿真结果为的优化它运行过程必然会有一些参数发生非线性变化】设计及进一步的研究提供了理论依据。
关键词:开关磁阻电机有限元法仿真分析例如电流、电感等等 ,以固定参数代入方程进 :行求解的方法必然带会来很大的误差,而且由于电机结构特殊性,它的参数也很难由传统的参. ?数计算方法来精确确定。
有限元法是一种离散化数值计算方法,能够精确地对电机的性能进行仿.真。
文中采用公司的和 , ..模块,利用电磁场有限元方法对开关磁阻电机的 .瞬态性能进行精确分析,从而完成对开关磁阻电机的瞬态仿真研究。
.:开关磁阻电机有限元模型的建立开关磁阻电机是近年来随着电力电本文以电动汽车用开关磁阻电机为研究对子技术和控制技术的发展而诞生的一种特种电象。
首先根据的基本参数在中机。
开关磁阻电机以其结构简单、坚固、成本低生成了二维几何模型,然后利用本身的接廉、可靠性强、起动转矩大、效率高等优点,已经口将几何模型导入 ,再用在许多领域得到了应用。
但是,由于开关磁阻中的瞬态模块进行有限元计算。
求解中运用了 ?电机的结构的特殊性,许多问题极待解决。
例如软件可以定义外加电路的特点,建立了的的振动、噪声问题,开关磁阻电机的特殊应驱动电路模型,与模型构成一个完整系统进行仿用,以及现代控制理论在开关磁阻电机中的应用真。
这使得仿真结果更加接近电机实际运行的情研究等。
因此,对开关磁阻电机的瞬态性能进行况,更为精确地反映了电机的运行性能。
Ansoft的相关应用及对电机的仿真
有限元分析软件Ansoft在电机领域中的应用一ansoft软件各模块的简单介绍1 RMxprt该软件用于探索电机设计空间、快速确定设计方案，并能进行优化设计它已经可以进行十三种电机类型的设计：三相感应电机单相感应电机永磁无刷直流电机永磁直流电机通用电机开关磁阻电机调速运行永磁同步电机自起动三相永磁同步电机三相同步电机三相同步发电机永磁同步发电机特点：✓向导式介面，参数化输入: 工作条件,几何尺寸, 材料特性✓基于磁网路法的快速解析分析✓详细的结果输出：图形和表格✓利用对称条件生成最小有限元分析模型，用于电机动态过程详细有限元分析✓参数化设计能力：尺寸、材料等无需指定。
可用一定变化范围的变量表示✓优化设计功能✓求解时考虑材料非线性b – h特性✓自动设计功能: 槽型设计和线规选择✓提供丰富的预设计电机模型库✓输入数据自动验证✓提供美国、中国材料库和公制、英制尺寸✓针对电机种类的多种绕组型式和用户定义绕组连接方式✓多种负栽种类: 恒功率、恒转矩、恒转速、风机水泵✓三维斜槽和端部效应✓无刷电机、开关磁阻电机、永磁同步电机驱动线路类型、控制方式选择和开关管参数设定2. Maxwell 2D二维电磁场、温度场，瞬态场分析软件，Maxwell® 2D 是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分析软件，一般在电磁物体满足轴向均匀或RZ对称的条件下采用。
3. Maxwell 3D包括电场、稳态磁场和交流磁场、动态电磁场、损耗计算和热分析模块，其核心是针对三维电磁场分析而优化的有限元技术。
向导式的用户界面、精度驱动的自适应剖分技术和强大的后处理器使得Maxwell 3D成为业界最佳的高性能三维电磁设计软件。
可以分析涡流、位移电流、集肤效应和领近效应具有不可忽视作用的系统，得到电机、母线、变压器、线圈中涡流的整体特性。
功率损耗、线圈损耗、某一频率下的阻抗(R和L)、力、转矩、电感、储能等参数可以自动计算。
基于ANSOFT的单相电机设计与性能分析的开题报告
基于ANSOFT的单相电机设计与性能分析的开题报告一、选题背景电机是现代社会中应用最广泛的电动机械。
通过对电机各种参数的调整和改进，可以实现电机性能的提高和能量利用效率的提升。
与传统电机相比，单相电机具有结构简单、制造成本低、适用性广等优点，被广泛应用于家用电器、大众交通工具、医疗设备、舞台灯光等领域。
因此，对单相电机的设计与性能分析具有重要的理论和实际意义。
二、研究目的本文旨在通过ANSOFT电磁仿真软件，对单相电机进行分析与设计，探究其电磁特性和性能。
主要包括以下几个方面：1.研究单相电机的结构和工作原理，分析其电磁特性。
2.建立单相电机的电磁模型，对其电磁特性进行仿真分析。
3.通过对仿真结果的分析，对单相电机的设计参数进行优化。
4.对电机的转矩、功率、效率进行计算和分析，探究其性能。
三、研究内容1.单相电机的结构与工作原理单相电机包括主机、电容器和起动电路等部分。
主机由转子和定子组成，定子上绕有主绕组和辅助绕组。
当给定定子的主绕组通以交流电源的电流时，产生正弦波形的磁通，作用于转子上的铜棒上，使其产生感应电动势，产生偏转力矩，转子开始转动。
同时，起动电路起到了使单相电机正常启动的作用。
电容器的作用是使电机产生相位差，引起旋转磁场。
2.单相电机的电磁模型根据单相电机的工作原理，建立电磁模型。
在建模过程中应注意：（1）对电机外界的励磁电流，由于需要考虑到外界环境对于电机摆动的影响。
（2）选用合适的电机材料，结合实际情况进行仿真。
3.单相电机的优化设计在模型建立后，可通过ANSOFT进行仿真分析，并对模型参数进行优化设计。
如电机的磁路集线环、铜棒数量等，通过调整指标，得到理想的仿真结果。
4.单相电机性能分析通过计算单相电机的转矩、功率、效率等指标，进而探究电机的性能。
根据结果，改进单相电机的设计，提升其性能。
四、研究方法本论文的研究方法主要包括：（1）电机结构分析：对单相电机的结构和工作原理进行详细分析。
ANSYS与ansoft电机仿真步骤
ANSOFT建模1、在ANSOFT软件中建立电机模型第一步、在ANSOFT绘制电机模型第二步、选择“Modeler”菜单下的“Export”项会出现下面的窗口选择保存为“step”格式的文件。
这时可以退出ANSOFT软件。
ANSYS仿真一、稳态温度仿真第一步创建稳态温度仿真模型第二步、添加材料及属性，属性主要为“导热系数”选择“Engineering data”→”Edit”开始添加材料第三步、添加完材料后，导入在ANSOFT下创建的电机模型，选择“Geometry”按下面选项选择选择ANSOFT下保存的“step”格式的电机模型第四步、导入模型后，给模型添加材料。
选择“Model”→”Edit”进入下面的窗口，按下面的步骤给电机的各个部分选择对应的材料。
第五步、添加完材料后，返回主窗口，更新修改后的工程文件如果没有问题，会变为第六步、添加热载荷首先添加自由度，在温度场分析中选择为温度，按下面窗口选择。
接下来，编辑温度，并选择应用区域，这儿定义整个模型的初始温度相同。
下面添加热载荷，按下面的窗口选择，这里选择“热生成率”。
编辑添加的热生成率数值，并选择应用区域，这儿选择所有的绕组。
添加完载荷后，更新一下工程文件，通过后，可以选择“Solve”进行求解。
如果求解成功后，左边的窗口会变成右边的窗口。
第七步、查看仿真结果。
按下面的窗口选择观察变量。
二、瞬态温度仿真第一步、建立瞬态温度分析模型第二步、添加材料及属性，方法与稳态时相同。
但材料的属性不同，这里需要添加材料的“密度”、“导热系数“、“比热容”。
“Toolbar”窗口如下。
按照各个选项添加数据。
除了添加载荷不同，接下来的步骤与稳态时相同。
设置仿真步数为多步。
按下窗口设置载荷数据，设置为“阶梯数据”。
11/ 11。
基于Ansoft的直流永磁无刷电动机电磁仿真 (1)
毕业论文（设计）课题论证书
指导教师：
姓名嵇艳鞠职称教授
姓名职称
2012年3月
课题名称
基于Ansoft的直流永磁无刷电动机电磁仿真
课题类别
理工
课题性质
◎
拟指导人数
1
本人对课题研究的基础
从事瞬变电磁理论与数据处理研究；
实习场地
实验条件
实习时间
实习场地：地质宫412
实验条件：
1、计算机一台
2、Ansoft编程环境。
来源：教师提供/网上
◇结合生产；◎结合科研：☆结合实验室建设；△假拟课题
课题内容、基本要求及具体安排：
课题内容：基于电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell 2D，建立电阻启动电容运行单相异步电动机二维模型，通过改变转子端环参数、转子导条截面积等电机相关参数，对电机进行的一系列参数仿真，如转矩、电流、损耗、转速、效率等，以期得到“对电机效率提高”最有效、最灵敏的因子。
2012年6月：撰写论文，准备答辩。
注：假拟课题要在课题内容及要求中加述课题的现实意义
指导教师签名：嵇艳鞠
2012年2月28日
教研室意见：
教研室主任：（签字）
20年月日
院（系）审批意见：
院长（签字）
20年月日
基本要求：
1、掌握永磁无刷直流电动机的原理，学习Ansoft软件；
2、永磁无刷直流电动机二维模型的建立，电机结构网格剖分；
3、无刷直流电机空载瞬态磁场分析、无刷直流电机负载瞬态磁场分析；
4、MAXWELL＋RMxprt完成永磁无刷直流电机计算与仿真，电机端部漏感和电阻的处理；改变相关参量，分析电机运行性能；输出仿真结果。
实习时间：
基于Ansoft的单相开关磁阻发电机系统仿真与试验
０ 引 言
开关 磁 阻发 电机 （ ｗｔｈｄ Ｒ ｌｃ ｎｅＧ ｎ ｒ Ｓ ｉ ｅ ｅｕｔ ｃ ｅｅ— ｃ ａ
相 Ｓ Ｇ输 出 的脉 动 电流 有 利 于 消除 蓄 电池 的 电 ＲＭａｗ ｌ２ ｎｏ ｉ ｘ ｅ Ｄ是 一 个 功 能 强 大 、 ｌ
２ ．西安 交通 大学 ，陕 西 西安
摘
７０４ １ ０ ９）
要 ： 于 Ａ ｓｆ Ｍａｗ ｌ２ 的仿 真环 境 ， 立 了 ８ ８极 单 相 开 关 磁 阻 发 电 机 （ Ｒ 的 系 统 仿 真 模 基 ｎｏ／ ｘ ｅ Ｄ ｔ ｌ 建 ／ Ｓ Ｇ）
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基于Ansoft的电机仿真分析
【摘要】根据电机原理和结构特点，利用ansoft公司的maxswell 系列软件的高精度仿真计算能力，建立电机的仿真模型，对电机性能仿真模拟。
最终通过仿真结果来修正部分参数以及参数优化设计，为电机设计提供便利条件。
【关键词】电机性能仿真模拟优化设计
【中图分类号】 o44 【文献标识码】a
1引言
设计过程中，为了减少试验次数，降低开发成本，缩短开发周期，提高产品设计质量，设计人员需要一种能对所做的设计进行快速、精确评价分析的工具，而不在仅仅依靠以往积累的知识经验及实验验证[1]。
ansoft系列软件高精度计算能力使得仿真结果与实际试验结果具有一致性。
本次采用rmprxt和maxwell相结合进行仿真。
rmprxt直观的界面能方便的输入定子、转子、和铁芯的几何形状、绕组结构、材料特性和机械负荷类型的电动机专门数据、快速得到在稳态，无负荷，全负荷，额定工况电流、转矩和效率曲线图和参数。
同时能自动确定最小几何槽型，为绕组选择合适的线径，能maxwell结合而作为有限元分析的前处理器[2]。
将它作为设计人员的工具，可以分析电机固定参数设计的合理性，电机动态过程，电机参数的精确性。
设计人员可以快捷地实现“设计-校核-再设计”，为电机设计提供良好的平台。
本文对一个三相异步电机建模、仿真，并分析其性能。
2建模与仿真
2.1有限元模型建立
在rmxprt环境下对电机数据输入，并计算。
然后利用maxwell 并根据计算结果自动生成有限元模型。
有限元建模以及计算的步骤如下[3]：
（1）生成有限元模型。
（2）确定电机材料属性。
（3）设立边界条件和外激励条件。
（4）确定动态参量。
（5）设定求解内容。
（6）求解和结果后处理。
输入和计算所得到的电机主要参数如表1所示。
根据计算结果自动生成的电机有限元模型。
2.2基本性能参数仿真结果
建立有限元模型后，根据不同的仿真目标选择计算正确算法，边界条件，外激励条件等内容的选择。
这一过程中要确保选择的条件与实际近似，不然结果将出现偏差。
本次将以效率、输出功率、输出转矩，综合特性等基本性能作为目标进行模拟计算，并得到各自的特性曲线，分别如图1、2、3、4所示。
通过仿真计算得到的曲线分析电机性能。
从本次仿真的结果来看，该电机效率，功率，转矩值较大的时候所对应的转速区域较窄且转速高，从而使得该电机维持在高效，大功率，大转矩或者附近
工作的机会较少，会造成电机工作损失能耗加大，效率低。
设计人员根据结果和设计你要求对参数改进，使电机性能尽量达到最优。
2.3其他性能仿真计算
上述模拟了一些基本性能，只能反映电机最基本的特性。
电机在特殊工况下的诸多性能直接影响电机工作的稳定，使用寿命，故障率等。
ansoft二维和三维有限元电机设计分析和优化软件可以进行基于参数的电机设计方案探索、比较，电机静态和动态分析电机参数计算，电机故障软件模拟分析-如导条断裂、绝缘击穿，异步电机,无刷电机等在变频器供电下(非正弦供电)下的特性分析，电机驱动电路与有限元的耦合仿真，在考虑材料非线性等情况下解决关如下问题，如：转矩脉动、损耗、温升、转矩、转速特性、效率[2]。
本次采用突然加载这一特殊工况来考察分析电机的性能变化特点。
考虑突然加载这一特殊工况，电机须有较大感应灵敏度和承受能力，需对气隙调整，通常的做法是在定转子气隙处加入钢套。
空载运行1.5后突然对电机加满载后，一些性能计算结果如下。
本过程实施了突然加载下的转矩，转速，电流，电压等的仿真计算，通过这一过程可以考察电机特殊工况下的反映能力，快速达到稳定工作状态的能力。
3结论
利用ansoft系列软件成功对电机进行路得方法计算，利用计算结果生成有限元分析模型，在此模型的基础上对电机的基本参数如；功率，转速，效率进行仿真分析，对仿真结果提出建议。
考察
电机在突然加载情况下，到达稳定工作状态下部分参数随时间的变化特点，反映了电机特殊工况反应能力，适应能力。
掌握了ansoft 软件各模块的功能和利用它搭建电机设计快速校核的平台过程，为电机设计提供指导。
参考文献：
［1］袁显举.基于hyperworks软件的轿车刚性碰撞有限元分析[j].中国科技论文在线精品论文，2009，2(17)：1803～1806.
［2］/
［3］黄越等.基于ansoft 的永磁交流伺服电动机转矩波动分析[j].电气技术，2008，4.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以pdf格式阅读原文。