Ansoft12在工程電磁場中的應(yīng)用

Ansoft界面介紹圖1Ansoft界面永磁同步電機靜磁場分析問題描述

三相永磁同步電動機，由定子鐵心、定子繞組、永磁體、轉(zhuǎn)子鐵心組成。電機定子內(nèi)徑、外徑分別為110mm，174mm。極數(shù)4，定子槽數(shù)36。4.單擊圖標(biāo)，在已知目錄下保存文件，其文件名為PMSM-Magstatic，如圖3所示。圖3項目保存目錄對話框二、構(gòu)建幾何模型1.執(zhí)行Modeler/Units命令，選擇幾何模型的單位為mm。2.建立電機的定子槽在屏幕下方的坐標(biāo)對話框中分別輸入線段的起末點位置坐標(biāo)，其點坐標(biāo)分別為（-1.25，55.0），（-1.25，56.3），（-2.5，57.0），（-4，74.3），生成電機半槽部分模型，如圖4所示。圖4電機半槽直線段模型3.選擇已建立的線段，執(zhí)行Edit/Duplicate/Mirror命令，在X軸上任取兩點。4.執(zhí)行Draw/Arc/CenterPoint命令，以（0，74.3），（-4，74.3），（4，74.3）這三點完成定子槽底弧線部分模型的建立，如圖5所示。圖5槽底弧線及定子槽模型圖6.執(zhí)行Draw/Arc/CenterPoint命令，以（0，0）作為中心原點，將各個定子槽用圓弧連接。按Ctrl+A鍵選擇所有物體，執(zhí)行Modeler/Boolean/Unite命令，命名為“slot”。操作及模型如圖8所示。圖8布爾運算后生成電機定子槽7.繪制電機繞組，執(zhí)行Draw/Line命令，分布輸入（-2，57），（-3，74.3），執(zhí)行Edit/Duplicate/Mirror命令，然后執(zhí)行Draw/Arc/CenterPoint命令，以（0，74.3）作為中心原點，兩側(cè)點坐標(biāo)分別為（-3，74.3），（3，74.3）繪制弧線，并將所有線段閉合連接，執(zhí)行Modeler/Boolean/Unite命令。8.執(zhí)行Modeler/Surface/CoverLines，生成一個面，并改名為“coil”，如圖9所示。圖9單個定子槽繞組模型9.執(zhí)行Edit/Duplicate/AroundAxis命令，沿軸復(fù)制，在Axis選擇沿z軸復(fù)制，相隔10°，進行36次復(fù)制。如圖10所示。圖10定子槽繞組模型12.創(chuàng)建永磁體。執(zhí)行Draw/Line命令，分布輸入（0，49），（0，54）。選擇該直線，執(zhí)行Draw/Sweep/AroundAxis命令，在“SweepAroundAxis”對話框中輸入旋轉(zhuǎn)角度為80°，并改名為“Permant”。13.執(zhí)行Edit/Duplicate/AroundAxis命令，沿軸復(fù)制，在Axis選擇沿z軸復(fù)制，相隔90°，進行4次復(fù)制。如圖12所示。圖12永磁體模型14.創(chuàng)建電機轉(zhuǎn)子沖片模型。執(zhí)行Draw/Circle命令，原點為（0，0），半徑為49mm和19mm的兩個圓，名字分別為“rotor”和“rotor1”。15.選擇“rotor”和“rotor1”，執(zhí)行Modeler/Boolean/Substract命令，得到電機模型，如圖13所示。16.利用圖標(biāo)建立求解區(qū)域。圖13電機幾何模型材料描述氣隙的材料屬性為空氣繞組coil的材料屬性為銅定子鐵心和轉(zhuǎn)子的材料屬性為DW465-50，一種電機常用非線性材料永磁體材料定義為P-Mag，并指定永磁磁極三、材料屬性2.定子和轉(zhuǎn)子的賦值方法與繞組的賦值相同。如圖15-17所示。圖15添加材料屬性圖圖16添加材料庫圖17材料賦值若是需要一種新材料，可以通過輸入其bh曲線進行賦值。如圖18所示。圖18BH曲線編輯器4.建立新的相對坐標(biāo)系統(tǒng)，執(zhí)行Modeler/CoordinateSystem/Create/RelativeCs/rotated命令，并將名稱改為N-Pole，如圖所示。按照上述方法分別建立其他三個相對坐標(biāo)系，名字分別為N-Pole2，S-Pole和S-Pole2。5.將各個相對坐標(biāo)系統(tǒng)分別給各個磁極，如圖21所示。圖21永磁體屬性設(shè)置圖20相對坐標(biāo)系統(tǒng)的建立四、激勵源與邊界條件定義及加載1.繞組分相，根據(jù)電機設(shè)計中繞組排列對三相永磁同步電機定子槽中的繞組進行分相，各相正繞組用“Phase”表示，負繞組用“Return”表示。按下圖22所示進行分相。圖22電機繞組分布圖2.加載電流激勵源。選擇“A_Phase”相六個繞組，執(zhí)行Maxwell2D/Excitations/Assign/Current命令，如圖22所示。圖22電流源的設(shè)置五、求解選項參數(shù)設(shè)定1.力和力矩的設(shè)置選取永磁體和轉(zhuǎn)子面，執(zhí)行Maxwell2D/Parameters/Assign/Force或Torque命令。圖24力和力矩參數(shù)設(shè)置對話框2.網(wǎng)格剖分設(shè)置。執(zhí)行Maxwell2D/MeshOperations/Assign/OnSelection（或InsideSelection、SurfaceApproximation）命令。圖25剖分設(shè)置3.求解殘差設(shè)定。執(zhí)行Maxwell2D/AnalysisSetup/AddSolutionsetup命令。圖26求解設(shè)置對話框1.自檢完成后，執(zhí)行Maxwell2D/Analysisall命令。圖28求解過程2.執(zhí)行Maxwell2D/Results/Solutiondata命令。六、后處理圖29解觀察對話框圖27收斂數(shù)據(jù)信息圖28三角單元與收斂數(shù)據(jù)關(guān)系3.觀察力和力矩信息。圖29力信息圖30力矩信息Maxwell2D磁場分析時，Z軸長度是以1m深進行計算的，而實際長度卻是80mm，因此電機受到的實際力矩是：Ta=T×depth=2.2658×0.08=0.1812644.觀察剖分信息和剖分圖。執(zhí)行Maxwell2D/Fields/Plotmesh命令，顯示電機模型剖分情況，如圖31-32所示。圖31模型剖分統(tǒng)計信息圖32模型剖分圖5.觀察磁場分布。選擇所有物體，執(zhí)行Maxwell2D/Fields/Fluxlines命令。圖33場圖設(shè)置對話框圖34電機磁力線分布5.觀察磁通密度分布。選擇所有物體，執(zhí)行Maxwell2D/Fields/B/Mag_B命令。圖35場圖設(shè)置對話框圖36電機磁通密度云圖分布6.氣隙磁密波形的顯示1）利用圖標(biāo)繪制一個圓點為（0，0），半徑為54mm的圓形，并改名為“Br1”。2）選擇“Br1”，利用圖37所示，將面變?yōu)榫€。3）由圖38-39所示，得到負載氣隙磁密分布圖。圖37Br1由面變線圖38顯示Br1的磁密曲