永磁无刷直流电机计算与仿真

定义网格剖分（续）
设置求解选项
运动设置
• Setup Solution/Motion Setup • 设置运动对象：选定对象Band ，点击 Set Band • 机械参数设置：点击Mechanical Setup
运动设置（续）
• 初始位置设置为 120 度：要使A相初相位为0，在初始位 置，要保证A相磁势轴线与磁钢磁势轴线方向相反。
永磁无刷直流电动机计算与仿真
参考文献：ANSOFT应用笔记《A Permanent Magnet Brushless DC Motor Problem》 以一个4极550W无刷直流电动机为例，讲述如何 应用RMxprt完成设置、求解及结果分析。求解完 成后，以RMxprt 的输出结果为基础，在瞬态有限 元求解器EMpulse中对电机特性做更详细分析。 郑满华 08年5月
• 打开网格剖分器
定义网格剖分（续）
• 设置所有面和对象种子值为2mm Mesh/Seed/Surface Mesh/Seed/Object • 执行剖分Mesh/Make • 修改剖分结果，将Band对象三角形数改为 1000（Refine/Object.） • 使master , slave边界匹配 Mesh/Line Match
创建感应电压波形图（续）
创建感应电压波形图（续）
A
创建感应电压波形图（续）
A
创建感应电压波形图（续）
创建感应电压波形图（续）
机械瞬态分析
将A ,B 相绕组电阻由 4.5 GΩ 改为4.5Ω 将直流电源电压由0 V改为220V. Setup Solution/Motion Setup Mechanical Setup，数据在RMxprt的Design Output 的FEA Transient Input Data数据项中
查看结果
叠片视图
绕组分布图
设计结果数据
特性曲线查看
特性曲线查看（续）
几何模型
Maxwell 2D工程创建
Байду номын сангаас
第二部分
以RMxprt输出结果为基础，在 MAXWELL 2D(V8.0以上)瞬态求 解器EMpulse中进行有限元分析
主界面
设置几何模型
• 打开并查看模型： Define Model/Draw Model，注意气隙中增加的对象Band，后 面求解要用，不能删除。 • 对象分组：Define Model/Group Objects
定义外部电路（续）
时间数值代表机械角度
定义外部电路（续）
定义外部电路（续）
定义外部电路（续）
定义外部电路（续）
定义外部电路（续）
D1-D8模型定义为D1
定义外部电路（续）
D9-D16模型定义为free wheeling diode
定义外部电路（续）
定义网格剖分
• Setup Solution/Options • Manual Mesh
Solve/Nominal Problem
负载反电势波形
转速
转矩
第三部分
RMxprt的求解结果基于额定输出功率。所以需先在 EMpluse中计算出输出功率，作为RMxprt的输入数 据。 然后可对比EMpulse& RMxprt求解结果,如电 流，铜耗，输入功率，转速和效率等。
平均输出功率
• • • • • 满载电流 铜耗 平均输入功率 效率 磁密
触发位置校验
求解空载感应电压以确认机械设置是否正确 Setup Boundaries/Sources Edit/External Circuit Launch Schematic Capture 将A ,B 相绕组电阻由 4.5 Ω 改为4.5 GΩ 将直流电源电压由220 V改为 0V.
执行求解
第一部分
结合等效电路与等效磁路，在RMxprt （V3.0以上）进行BLDC性能计算
RMxprt工程文件
• 参照本文逐步建立RMxprt工程文件 • 或打开RMxprt 工程实例：目录/ansoft/ examples/rmxprt/
基本参数
定子数据
定子数据（续）
转子数据
选项设置
设计分析
对象分组
• 选择所有A相导体（PhA0, PhA1, PhA2, PhA9, PhA10, PhA11），归组Phase_A • 选择所有B相导体(PhB0, PhB1, PhB9, PhB10, PhB11）,归组Phase_B
设置对象材料性能
• 创建D23材料 Material/Add
• 导入非线性BH曲线：选择BH Curve，在 BH Curve Entry窗口点击Import，选择 rotor_eq.bh 或 statr_eq.bh
设置边界和激励(续）
• 赋予Zero-Value
设置边界和激励(续）
• 施加激励A相： Phase_A
设置边界和激励(续）
• 施加激励B相： Phase_B PhReB11
定义外部电路
Edit/External Circuit Create new circuit Launch Schematic Capture 添加元器件并设置参数 连接元器件节点，完成电路
• Solve/Nominal Problem.
• 求解完成 • 查看空载感应电压
创建感应电压波形图
• Post Process/Performance Curves • 打开bkemf.dat , posi.dat 波形图 • 点击Tools/Show Coordinates，以确定A相第一个周期 时间。前面各步骤都正确的话， A相第一个周期时间应是 0.0165s。 • 点击Tools/Calculator，打开Singal Calculator界面 • 创建EMF-APhase， EMF-AReturn，Theta-m等变量 • 构建（EMF-APhase ， Theta-m） （EMF-AReturn ， Theta-m）曲线关系 • 将（EMF-APhase ， Theta-m） （EMF-AReturn ， Theta-m）移入Loaded Signals栏 • 点击Plot/New，选中 EMF-APhase vs. Theta-m， EMF-AReturn vs. Theta-m信号完成波形显示
• 由速度曲线知额定转速为1550RPM，利用 Calculator按下式计算可得Pe＝599W
0.0582
2π ×1550 Pe = ∫ T(t)dt /(0.0582 − 0.0487) 0.0487 60
以下略
• Po＝Pe－Pfw＝599-11*1550/1500=587.6W
其他性能数据
设置对象材料性能（续）
设置对象材料性能（续）
• 创建XG196_96，数据可在RMxprt的 Design Output 的Design Output 的 Transient FEA Input Data 数据项
设置对象材料性能（续）
把材料赋予相应对象： • air : AirGap, AirRotor, Band. • copper : PhReB11, [Phase_A], [Phase_B]. • D23: Rotor， Stator. • steel_stainless : Shaft.
设置对象材料性能（续）
XG196_96 : Magnet 0, 并设置磁化方向
设置对象材料性能（续）
把Background从模型排除
设置边界和激励
设置边界和激励(续）
定义Master边界 定义Slave边界 如果求解区域是一 极或奇数极， Slave = –Master 如果求解区域是偶 数极，Slave = +Master