直流电机空载磁场数值计算

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毕业设计（论文）

题目：直流电机空载磁场数值计算

学生姓名：学号：

学部（系）：机械与电气工程学部

专业年级：电气工程及其自动化4班

指导教师：职称或学位：教授

年05月18日

目录

摘要................................................. II 关键词................................................ II ABSTRACT............................................. III KEY WORDS............................................ III 1 绪论. (1)

1.1课题研究背景与意义 (1)

1.2 ANSYS软件简介 (1)

1.3有限元数值计算原理与方法 (1)

2 直流电机空载磁场理论分析 (4)

2.1 磁通 (4)

2.2主磁场分布 (4)

2.3磁化曲线 (5)

3 ANSYS软件的应用 (6)

3.1问题描述 (6)

3.2创建理环境 (6)

3.3创建模型、划分网格、对模型的每个区域赋予特性 (7)

3.3加载边界条件和载荷 (10)

3.4求解 (11)

3.5观察结果 (12)

4 总结 (14)

致谢 (15)

参考文献 (16)

摘要

电机中的电磁场问题是复杂的，电机电磁场在不同媒质中的分布、变化情况，决定了电机的运行状态与性能因此，研究电机中的电磁场对分析和设计电机具有重要意义。在电机学和电磁场的理论基础上，并了解有限元数值计算的原理和方法，利用现有的电磁场数值计算平台Ansys软件，建立直流电机磁场计算的模型，并进行计算，获得合理的磁场计算结果，图形显示磁力线和磁场分布等计算结果，为电机的工程设计计算积累经验，同时为电机学的教学提供直观的磁场分布图形。直流电机具有良好的启动性能和宽广平滑的调速性能，在许多传动性能要求高的场合占据一定地位，研究很具有意义。

关键词：直流电机；空载磁场； ansys ；有限元法

Abstract

The motor is a complex problem, electromagnetic field in different medium motors, decide the distribution and variation of the motor running state and performance. Therefore, the study of electromagnetic motors for the analysis and design of motor is of great significance. In motor learning and electromagnetic field theory based on the finite element numerical calculation, and the principle and method of use of existing numerical calculation, establish the platform of Ansys software of dc motor magnetic field calculation model and calculation, reasonable calculation results, the magnetic field and magnetic field distribution graphics display, such as motor calculation results of engineering experience for motor, meanwhile teaching of the magnetic field distribution provided intuitionistic graphics. Motor for a four extremely dc motor, analyses its non-load magnetic field.

Key words: dc motor, No-load magnetic field, Ansys, Finite element Analysis

1 绪论

1.1 课题研究背景与意义

电机是当现代社会所有行业和部门中广泛使用的设备，在自然界的各种能源中，电能具有大规模集中生产、远距离经济传输、自动化控制的突出特点，他不但成为人类生产和生活的主要能源，而且对近代人类文明的产生和发展起到了重要的推动作用。与此相呼应，作为电能生产、传输、使用和电能特性变化的核心设备，电机在现代社会所有行业和部门中也占据着越来越重要的地位。电机的发展呈现出勃勃生机，其前景不可限量。

电机是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种装置。电磁场在电机中占据重要的地位，电磁场的产生、分布对电机的性能有决定性的影响，通过计算电机磁场的数值，模拟磁场的分布，有助于优化电机的性能，提高电机的效率，有重大意义。磁场是看不见摸不着的，在教学方面，提供直观的磁场，有助于直观形象的了解磁场，更深刻的理解磁场特性。

1.2 ANSYS软件简介

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。它能与多数CAD 软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

1.3 有限元数值计算原理与方法

有限元是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后