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Ansoft EM在电机设计中的应用

时间:2016-2-23 14:19:00   来源:中国电机网   添加人:admin

  AnsoftEM在电机设计中的应用李帅,彭国平,鱼振民,易萍虎(西安交通大学,西,西安案,用Maxwell2D模块进行磁场研究和运动仿真,以场路结合的方法进行电机精确设计,取得了较理想的设计效果。

  1AnsoftEM软件包简介器件分析设计以及机电系统与电子系统仿真本文重点介绍在电机设计中用到的RMxprt模块和Maxwell 2D模块。

  模块RMxprt是旋转电机设计软件,用于单相和三相感应电机、直流永磁无刷电动机永磁同步电动机、永磁调速同步电动机直流永磁电动机开关磁阻电机和三相同步发电机永磁同步发电机、交直流两用电机全压起动永磁同步电动机等11种电机的设计可迅速的探索设计空间,找出最佳电机设计方案和初始尺寸,在精确设计之前,利用经典解析法和等效电路,快速获得近似的仿真结果,对设计方案进行有效的评估。

  Maxwell2D具有静电场、线性和非线性磁场传导电流场和涡流场的分析和计算功能,可方便地计算没有或可以忽略三维影响的电磁部件。

  Maxwell2D的Transient功能采用先进的运动表面算法,无论分析或计算物体移动到任何位置和角度都无需对模型进行重新剖分就可以快速精确地仿真电磁场二维时变问题它允许用户对场源输入、电路元件机械量位时间步长和模拟停止时间进行实时控丨可用于电机等电磁部件的瞬态分析,能够提供完整的场解和机电数据,如磁通分布、局部饱和、反电动势变化动力和转矩响应、速度响应和位置图等。

  2用AnsoftEM设计分析一台永磁直流电动机本文用上述提到的两个模块设计了一台永磁直流电动机,并对其进行了有限元分析,取得了较好的成果该直流电动机的额定数据为:额定功率38W,额定电压24V,额定转速3500r/min,要求转矩脉动要小。在本文中,采用呢xprt进行初始方案的选定,利用Maxwell 2D进行电磁场分析以及电机运动仿真,进行更加精确的设计。

  21初始设计方案的选定首先根据同类规格电机的参数初步选定设计方案,在RMxprt的集成用户界面中输入定子、转子和铁芯的几何形状、绕组结构、材料特性和机械负荷数据,程序运行后便得到了电机在稳态、无负荷、堵转、故障额定电流转矩和效率等曲线和参数。根据这些参数和曲线评估了设计方案的优劣后再次返回用户界面进行调整设计,如此反复,最后得到了一个比较满意的结果文中给出了由RMxprt生成的最后方案的性能曲线图(~ 4)和主要尺寸数据(表1)该永磁电机所用的永磁材料为粘结钕铁硼,剩磁磁密为0.65T,矫顽力为440KA/m;永磁磁极为瓦片型径向充磁,极数为2表1电机主要尺寸数据(mm)电枢直径电枢长度气隙长度永磁体厚度K磁体长度定子外径38 22 0.5 4 22 53转速一效率曲线2D的接口功能生成了Maxwell 2D计算模型,以便下一步仿真和精确设计。

  2.2使用Maxwell2D精确设计传统的电机设计采用等效磁路的方法计算中的许多系数需要利用电磁场计算和2D提供的磁场分析还可计算其他一些电机参数,如空载漏磁系数、计算极弧系数等,为场路结合进行电机设计提供了条件。

  3结论在电机设计中应用AnsoftEM可以将繁琐抽象的设计分析过程变得简单直观用RMxprt计算一个方案只需几分钟,这使得可以从几十乃至几百个方案中快速挑选一个最佳方安。Maxwell2D的电磁场分析,瞬态仿真功能及其后处理功能使得电机的精确设计成为可能。可以看出,把AnsotfEM用于电机设计中,势必会大大简化电机设计过程,缩短电机的开发周期,减小开发成本0改进设计后的气隙磁密波形