WS04-Maxwell仿真永磁电机教程

WS04-1WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材WS04Maxwell仿真永磁电机教程WS04-2WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材WS04：Maxwell仿真永磁电机教程内容简介:•RMxprt生成Maxwell二维和三维有限元模型•SPM表贴式永磁电机的额定性能计算、反电势、齿槽转矩以及退磁分析•利用UDPs建立IPM电机的有限元分析模型，并分析其机械特性曲线、效率Map图大纲WS04-3WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材WS04：Maxwell仿真永磁电机教程Part1:建立Maxwell的有限元分析模型Lab2_BrushlessAC_Finished.mxwlRMxprt生成有限元分析模型基于UDO的稳态运行性能基于UDO的电流参数化分析反电势分析齿槽转矩分析动态退磁分析Part2:建立IPM电机的有限元分析模型Lab2_BrushlessAC_IPM_TS_EFF.mxwl建议IPM永磁电机几何模型转矩转速曲线效率Map图大纲WS04-4WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材WS04-Part1创建Maxwell的有限元分析模型WS04-5WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材从RMxprt生成Maxwell的有限元分析模型通过RMxprt的CreateMaxwellDesign功能，RMxprt能自动生成Maxwell的二维和三维有限元分析模型有限元分析（FEA），能够精确计算电机的静态或动态性能有限元能够更精确的考虑电机的饱和效应有限元支持任意的几何模型FEA的其他优势：齿槽转矩反电势EMF起动瞬态过程瞬态负载效应场路耦合效应Maxwell支持与Simplorer协同仿真整个机电系统的性能，包括设备级半导体模型，控制器，电热性能，机械耦合等RMxprtASSM(BLAC)模型WS04-6WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材创建Maxwell2D有限元分析模型在已经求解过的Rmxprt模型上，右击点击Setup1然后再选择CreateMaxwellDesign...本例使用Lab2_BrushlessAC_Finished.mxwl在弹出来的窗口中，选择Maxwell2DDesign点击OK，软件自动创建Maxwell2DDesign。注意：如过RMxprt运行过参数化分析，用于也可以选择相应变量；并且RMxprt定义的变量会传递到生成的Maxwell模型中。RMxprtASSM(BLAC)模型WS04-7WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材RMxprt生成Maxwell的有限元分析模型RMxprt生成的有限元模型是运行在额定转速的时域有限元分析模型，这个模型可以被改成其他的任意运行工况。二维有限元模型中几何模型已经定义了适当的材料属性。为了考虑RMxprt中定义的叠压系数的影响，FEA模型中的硅钢片材料属性已经做了相应修改。二维有限元模型中已经通过MotionSetup定义了旋转运动，Band内部的物体时旋转的，Band外部是静止的。同时，也定义了转子的初始位置角，转子初始位置与A相绕组的轴线对齐。还定义了转子转速，如果用户激活机械瞬态，则可以看到定义的惯量、阻尼以及负载转矩。生成模型的时候也默认定义了边界条件，包括主从边界条件，如果需要对称边界条件的话，也定义了对称边界条件。RMxprtASSM(BLAC)模型WS04-8WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材RMxprt生成Maxwell的有限元分析模型RMxprt生成的有限元模型默认定义了激励设置，包括线圈（匝数和参考方向）和绕组。并且根据RMxprt设置的不同激励类型，绕组已经相应的施加了电压、电流或者外电路等激励。RMxprt生成的有限元模型默认定义了剖分设置。对于稳态性能计算，这种默认的剖分精度已经足够了。但如果用户要仿真一些对精度要求更高的性能，例如齿槽转矩，需要用户优化网格剖分。SolutionSetup定义了求解的时间和时间步长。如果用户需要查看某些中间时间点的场数据，可以自己在SaveFields标签下定义场数据的保存时间点RMxprt生成的有限元模型，默认的报告只有转矩和电流；用户可以随时任意添加其他的报告RMxprtASSM(BLAC)模型WS04-9WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材创建Maxwell2D有限元分析模型RMxprtASSM(BLAC)模型当Maxwell2D的有限元分析模型建立后，可重新命名为：06_Maxwell_ACWS04-10WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材创建Maxwell2D有限元分析模型激活铁耗计算RMxprtASSM(BLAC)模型Note:在RMxprt自动生成有限元模型的时候，铁耗计算选项默认是关闭的。如果要激活铁耗计算选项，只需要简单的选中CoreLossSetting下面有定义铁耗系数的相应物体后面的单选框。WS04-11WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材创建Maxwell2D有限元分析模型绕组：电阻和电感是RMxprt生成有限元模型的时候，自动添加的，分别代表的是绕组的电阻和端部漏感。在二维有限元分析的时候，只分析电机的截面；线圈的端部部分不建模，需要施加额外的端部漏感来弥补。绕组的电压源激励为：195.959*sin(2*pi*180*time+11.5606*pi/180)其中195.959表示相电压的幅值，等于240*sqrt(2)/sqrt(3)。相角11.5606deg是RMxprt计算得到的，指的是输入电压与反电势之间的夹角，单位是角度。MaxwellASSM(BLAC)模型WS04-12WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材模型细节–Maxwell外电路编辑器如果激励需要用外电路，则必须在MaxwellCircuitEditor中先创建一个外电路。如果是通过RMxprt自动生成的有限元模型，则RMxprt也会同时生成一个外电路，例如02_RMxprt_PWMDesign，用户可以查看这个外电路的设置。要查看这个新建的外电路，可以点击Excitations-ExternalCircuit-EditExternalCircuit在弹出的EditExternalCircuit窗口中，点击EditCircuit...在Maxwell外电路编辑器中，选择View–FitDrawing电路中的绕组电感（windingInductances）会直接链接到有限元模型中。用户可以在外电路中定义变量，定义的变量可以传递到Maxwell，用于参数化和优化分析。MaxwellASSM(BLAC)模型00LPhaseALPhaseBLPhaseC0.0697261ohmRA0.0697261ohmRB0.0697261ohmRC9.62334e-005H*KleLA9.62334e-005H*KleLB9.62334e-005H*KleLC+0.95V+0.95V+0.95V100ohmR17100ohmR18100ohmR19+-1V1V-+195.959V-+195.959VD26D27D28D29D30D31D32D33D34D35D36D37VS_38VS_39VS_40VS_41VS_42VS_43ModelDModel1ModelVSModel1WS04-13WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材创建Maxwell2D有限元分析模型用户可以直接结构由RMxprt（01_RMxprt_AC）生成的有限元模型(06_a_Maxwell_AC)，求解结果如下：0.0012.5025.0037.5050.0062.50Time[ms]-10.000.0010.0020.0030.0040.0050.00Moving1.Torque[NewtonMeter]Maxwell2DDesign1TorqueANSOFTCurveInfoMoving1.TorqueSetup1:TransientNote:用户可以调整电流初始值，以缩短仿真达到稳定的时间。RMxprtASSM(BLAC)模型0.0012.5025.0037.5050.0062.50Time[ms]050100150200250300CoreLoss[W]06_Maxwell_ACCoreLossANSOFTCurveInfoCoreLossSetup1:Transient转矩铁耗0.0012.5025.0037.5050.0062.50Time[ms]-60.00-40.00-20.000.0020.0040.0060.00Y1[A]Maxwell2DDesign1WindingCurrentsANSOFTCurveInfoCurrent(PhaseA)Setup1:TransientCurrent(PhaseB)Setup1:TransientCurrent(PhaseC)Setup1:Transient电流WS04-14WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材创建Maxwell3D有限元分析模型用户也可以从任意求解过的RMxprt，一键生成三维有限元分析模型右键点击Setup1-CreateMaxwellDesign...在下拉菜单中，选择Maxwell3DDesign点击OK,创建Maxwell的分析模型。MaxwellASSM(BLAC)模型WS04-15WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材创建Maxwell3D有限元分析模型有限元模型生成后，可以任意修改有限元的模型。例如，如果电机的转子轴向长度比定子长，在磁钢、转子的建模历史中，增加一个变量Ext。MaxwellASSM(BLAC)模型ExtWS04-16WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材其他可选的练习内容:相关培训文件在LabAppendix中修改有限元几何模型修改Maxwell中的UDPs增加倒角和孔洞导入dxf文件SolidLosses–永磁体涡流损耗计算磁通密度计算(平均值,最小值,最大值，随时间变化的磁密值)力密度计算RMxprt建立Simplorer系统仿真模型MaxwellASSM(BLAC)模型WS04-17WS04Maxwellv2014ANSYSMaxwellv2014培训教材0.0020.0040.0060.0080.00100.00120.00140.00Time[ms]-60.00-40.00-20.000.0020.0040.0060.0080.00100.00120.00Current(PhaseA)[A]Maxwell2DDesign1_ACVnormXYPlot2m1m2CurveInfoCurrent(PhaseA)Setup1:TransientNameXYm18.200097.6263m268.200047.1699T=1/f用户自定义输出UDO电机设计Toolkits0.001250.002500.003750.005000.006250.00Speed[rpm]0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.00Torque[NewtonMeter]current_MotorMode_EfficiencyMap2TorquevsSpeedMachineSolutions1Gamma_TSC='348.232944deg'Imax_TSC='3.536519818A'MachineSolutions