1、電機(dinj)的計算機輔助分析CAD-Computer Aided Design它具有(jyu)：科學計算、圖形處理、數據庫三大功能科學計算：電磁方案分析計算 電磁場分析計算 電機優化設計圖形處理：進行圖形生成和變化、分析 繪制零件圖和總裝配圖 各種曲線的處理共五十八頁1 電機(dinj)設計與CAD電機設計(shj)方法：任務設計方案常規的計算和作圖（費時、費力）2 電機CAD系統的組成一、CAD系統的基本類型（1）計算型 給定設計初始數據，利用分析程序進行計算，或調用綜合設計程序和優化設計程序尋找理性的設計方案。（2）交互型 主要是利用圖形，充分發揮設計者的創造性。共五十八頁（3）檢索(

2、jin su)型 庫中存有設計好的標準(biozhn)電機，調用即可。二、CAD系統的軟件（1）系統軟件 DOS系統、UNIX系統。（2）應用軟件 VB語言編寫的、FORTRAN語言編寫的電磁計算程序。 ANSYS、ANSOFT等公司的電磁場計算軟件。 共五十八頁（3）支撐(zh chng)軟件 有限元分析(fnx)及前后處理程序包 優化程序包 幾何造型軟件 設計繪圖系統和繪圖軟件包常用CAD軟件三、電機設計時通常的給定數據額定功率PN、額定電壓UN、相數、連接方法、頻率、同步轉速、四、電機的性能指標啟動電流倍數、啟動轉矩倍數、最大轉矩倍數、過載能力、效率、共五十八頁不同(b tn)的電磁場分

3、析方法ElectromagneticAnalysisAnalyticalTechniquesNumericalTechniquesIntegralEquationsDifferentialEquationsBoundaryElementFinite DifferenceFiniteElementScalarPotentialVectorPotentialComponentsOf H Field共五十八頁泊松方程(fngchng)：磁場(cchng)能量：麥克斯韋方程的微分形式：電磁感應定律：全電流定律：磁通連續定律：高斯定律：共五十八頁電機(dinj)的有限元分析方法 有限元分析過程大致(dz

4、h)如下：1、從所考察的磁場邊值問題出發。利用變分原理，把問題化為等價的條件變分問題，即能量泛函的求極值問題。2、將定解區域剖分為一系列子區域（即單元剖分）。3、選取分片光滑的插值函數去逼近求解區域內光滑的磁位函數。4、把磁位的插值函數代入能量積分，對變分問題進行離散化處理，得到以n個節點磁位為未知數的n階線性代數方程組。5、求解線性代數方程組，得到節點磁位的數值近似解，并由此算出各個單元和節點的磁感應強度值。共五十八頁 一、剖分：共五十八頁共五十八頁邊界條件確定(qudng)：求解(qi ji)函數選擇：1、標量磁位 。2、矢量磁位 。1、第一類邊界條件。2、第二類邊界條件。3、周期性邊界條

5、件。狄里克萊邊界條件齊次諾依曼邊界條件共五十八頁求解區域(qy)確定：共五十八頁電機(dinj)內穩態磁場的計算有限元計算(j sun)步驟：5. 設定求解內容2. 建立模型3. 添加材料4. 添加邊界條件，設定激勵條件1. 選擇運算方式6. 求解7. 求解結果后處理共五十八頁Start Field SolutionGenerate InitialMeshCompute FieldPerform Error AnalysisHas Stopping Criteria been met?Refine MeshNoStop Field SolutionYes共五十八頁共五十八頁共五十八頁1 求解模

6、式(msh)確定穩態電場(din chng)、磁場有限元計算瞬態電場、磁場有限元計算穩態電場、磁場參數的有限元計算熱力場渦流場一、確定求解模式共五十八頁Slover: 共五十八頁二、確定求解(qi ji)坐標平面共五十八頁共五十八頁2 建立(jinl)模型共五十八頁一、畫出電機的結構(jigu)模型共五十八頁共五十八頁定子(dngz)共五十八頁共五十八頁二、對電機中相同(xin tn)的部分進行分類定子(dngz)繞組轉子繞組永久磁極轉子導條共五十八頁8極電機共五十八頁12極電機共五十八頁3 確定各部分(b fen)材料共五十八頁4 給電機施加(shji)邊界條件和激勵一、加邊界條件二、加激勵

7、(jl)1、加電流激勵穩態計算、參數計算時均加電流激勵2、加電壓激勵 進行瞬態計算時加電壓激勵，可以加正弦交流電壓，也可以加任意函數電壓，如電壓可以使位置或速度的函數 可以不考慮集膚效應，也可以考慮集膚效應共五十八頁共五十八頁共五十八頁共五十八頁SolidStranded60 Hz600 Hz1200 Hz共五十八頁V1V3V4V2S1S2S3 S4ABCDUDC圖11 仿真所加外電路圖3、也可以加外加(wiji)電路共五十八頁 4、加激勵過程中包括對繞組(roz)進行設置 若繞組有外加電容(dinrng)或電阻等也可加入。共五十八頁對繞組(roz)端環的處理共五十八頁5 確定(qudng)求

8、解量一、力、轉矩二、參數(cnsh) 包括自感系數、互感系數的計算共五十八頁6 確定(qudng)求解條件自動(zdng)或手動剖分求解器選擇求解誤差的選擇求解步長的選擇動態計算過程中還要確定其機械參數包括初速度、質量或轉動慣量的設置、阻尼的設置、負載的設置共五十八頁7 求解(qi ji)一、穩態解二、瞬態解共五十八頁8 求解(qi ji)結果后處理一、圖形(txng)后處理二、數據后處理共五十八頁穩態場求解(qi ji) 只能求解電機在恒定電流作用下某瞬時的磁場分布(fnb)、電磁力、電磁轉矩、電機參數 電機磁場分布圖、磁通密度波形等共五十八頁圖2 4相14極電機結構圖定子繞組定子鐵心永久磁

9、極機殼軸共五十八頁圖6 空載時氣隙磁密絕對值沿圓周分布機械角度（0）氣隙磁密B機械角度（0）電磁轉矩圖9 數值分析法所得A、B相繞組分別通恒定電流時電機的靜特性電機的電磁轉矩共五十八頁電機穩態連續(linx)參數的求解 建模與電機的靜態(jngti)出計算相同，能求解電機在恒定電流作用下不同瞬時的磁場分布、電磁力、電磁轉矩、電機參數 與靜態計算相比較，實際上是以下計算了電機不同位置或在不同的電流作用下，或二者均變化時電機內的磁場分布、電磁力、電磁轉矩、電機參數同時還可對其變化過程進行演示計算過程中按變化計算共五十八頁電機動態(dngti)過程的計算共五十八頁共五十八頁共五十八頁共五十八頁共五十八頁共五十八頁圖12 仿真計算結果時間（s）電流（A）時間（s）轉矩（N.m）時間（s）轉速（r/min）時間（s）轉角（0）共五十八頁電機(dinj)設計（路的方法）共五十八頁共五十八頁共五十八頁共五十八頁共五十八頁共五十八頁內容摘要電機的計算機輔助分析。CAD-Computer Aided Design。1 電機設計與CAD。2 電機CAD系統(xtng)的組成。給定設計初始數據，利用分析程序進行計算，或調用綜合設計程序和優化設計程序尋找理性的設計方案。DOS系統(xtng)、UNIX系統(xtng)。VB語言編寫的、FORTRAN語言編寫的電磁計算程序。