Ansoft瞬态场计算步骤及与RMxprt的结果对比

Ansoft瞬态磁场计算（未考虑外电路）总结整理：2008-6-4于德国Kassel大学目录1、说明2、电机额定运行时的瞬态场分析与计算2.1SetupBoundaries/source（重点考虑SourceSetup）2.2SetupSolution选择[SetupSolution]|[Options]2.3SetupSolution选择[SetupSolution]|[MotionSetup]2.4Solve|NominalProblem2.5PostProcessPostPress/Transistantdate：2.5.1计算平均输出功率：AverageOutputPower2.5.2计算相电流有效值：2.5.3计算输入电功率，由此可以计算效率2.6PostProcessPostProcess/field：2.6.1齿部磁密分布和磁密平均值计算2.6.1.1齿部磁密分布2.6.1.2齿部磁密平均值计算2.6.1.3沿齿弧磁密分布和沿齿磁密分布的差异2.6.2定子轭部磁密分布和磁密平均值2.6.3定子轭部磁密分布和磁密平均值2.6.4气隙磁密分布和磁密最大值3、电机空载额定转速运行时的瞬态场分析与计算3.1SetupBoundaries/source（重点考虑SourceSetup）3.2SetupSolution选择[SetupSolution]|[Options]3.3SetupSolution选择[SetupSolution]|[MotionSetup]3.4计算结果4、考虑铁耗的计算结果4.1铁耗计算设置4.2额定负载时考虑与不考虑铁耗时的比较4.3负载很小时的比较4.3.1考虑铁耗时4.3.2不考虑铁耗时5、Maxwell与RmxPrt计算结果比较5.1磁密及额定值比较5.2额定转速时永磁相电势比较5.3气隙磁密分布6、其他心得1、说明以16极36槽调速永磁同步电动机为例进行分析电机的瞬态场计算，电机由RmxPrt开始，并将该模型加到MAXWELL11中。RmxPrt的项目为ad_pmsm(MaxwellFile22KB)，Maxwell中的项目为ad_pmsm_fem.pjt。2、电机额定运行时的瞬态场分析与计算2.1SetupBoundaries/source（重点考虑SourceSetup）A_phase绕组源的设置：(1)选择A相绕组；(2)使用[Assign]|[Source]|[Solid]；(3)指定[Solid]为Voltage，[Name]改为A_Phase；(4)选择[Options]，将源的形式[Constant]改为[Function]；(5)选择[Function]；(6)选择[Add]，在函数输入框“=”的左边输入U_Phase_A，“=”的右边输入350*(2/3)*sin(360*50*)sqrtT（显然，B相应为：350*(2/3)*sin(360*50*120)sqrtT，C相应为350*(2/3)*sin(360*50*240)sqrtT）(7)指定[Done]回到2DBoundary/SourceManager(8)在[Value]框内输入U_Phase_A；(9)选择[Strand]；(10)选择[Winding]，出现[WindingSetup]指定[PhA]为[Positive]，[PhReA]为[Negative]；在[Resistance]框内输入相绕组电阻15.42，在[Inductance]框内输入绕组端部漏感0.00112H（在RMxPrt中有该值的输出结果）；在[Totalturnsasseenfromterminal]框内输入每相串联匝数684；在[NumberofParallelBranches]输入并联支路数1；选择[OK]退回2DBoundary/SourceManager(11)指定[Assign]------同样给出A_phase、B_phase绕组源的设置(12)选择[File]|[Save]与[File]|[Exit]，保存并退出边界条件编辑器2.2SetupSolution选择[SetupSolution]|[Options]（1）选择[ManualMesh…](进行自定义剖分，略)；在进行完ManualMesh后必需的一步是Mesh/LineMatch，选择主、从边界的边，toensurethatthemeshingpointswillmatchattheirmatchingboundaries.Iftheydonnot,youwillreceiveanerrormessageaboutamissingtranscriptfileduringthenormalsolution.（2）在[SolberChoice]选择中，选DirectForproblemwherealloftheboundariesarewelldefined,thedirectsolveristhebestchoice（3）Transientanalysisi、Solution:Startfromtimezero在开始时，还没有任何解，因此只能选择Startfromtimezero如果对这个问题已有解，可以选择ContinuePreviousSolution。问题设置可以以任何方式改变（除了结构变化），求解从前解结果开始进行。比如初解的结果终止计算时间为0.2s，则在调整问题设置时终止计算时间变为0.4s，并且选择Startfromtimezero，则计算从前面的0.2s计算结果开始。ii、TimeStepTimeStep的大小可以根据一个电机齿距范围内求解点数来确定。假定电机的转速为375rpm，电机槽数为36，电机一个定子齿距的求解点为10个，则TimeStep的确定如下：375375/60s1/0.16rpmrevrevs1个齿距对应的时间为0.16/36=0.004444s；TimeStep=0.004444s/10=0.000444s。最后确定TimeStep为0.0004siii、StopTime该值关系不大，可以从小值开始，如果电机还没有达到稳定，则可以增大StopTime，电机的求解可以从前面解的结果开始进行。iv、ModelDepth=105mm电机的轴向铁心长度。注意用2D瞬态场求解时，没有也无法考虑电机的斜槽。v、SymmetryMultiplier=4整个电机是求解区域的倍数。缩小求解区域可以降低求解时间。2.3SetupSolution选择[SetupSolution]|[MotionSetup](1)从[Object]列表中选择Band，选择[SetBand](2)选择[MechanicalSetup]i)InitialAngularVelocity:375给电机的实际运行转速。如果计算额定转速时的状态，则给额定转速值ii)MomentofInertia:0.0012给电机的转动惯量。这一惯量值在RMxPrt中已计算出；实际上电机的稳态性能与转动惯量没有关系，但在2D瞬态场计算时，如果这一惯量太大，可能导致计算结果发散。因此该值一般比RmxPrt的计算值要小(实际计算值为0.009262)。iii)Damping:0.0454由于风阻和其他机械损耗所导致的阻尼，很明显是一个经验值，为了比较路的设计计算结果，该值应该与RmxPrt中的给定值相同。iv)LoadTorque:-19所要仿真的电机负载转矩，当然可以是额定输出转矩。这一转矩值以负值形式给定。2.4Solve|NominalProblem进行求解。进行求解时，可以随时通过refresh观察求解结果，主要观察求解是否收敛。求解结果见本窗口中[Solutions]中的TransientDate，其中有各种曲线。可以调整曲线下方的[Settings]，只看部分时间段曲线形状。下面的两个图形时2D和RmxPrt得到的相反电动势波形。可以看出，两者差别不大。注意在2D计算中，没有考虑电机的斜槽。另外，2D计算得到的电势是时间的函数，可以在2D的后处理中将横坐标由时间变为位置。2.5PostProcessPostPress/Transistantdate：在其中可以得到Solve中的所有曲线结果，但在其中可以对这些结果进行分析和计算，其中包括前面的将横坐标变由时间便为位置。2.5.1计算平均输出功率：AverageOutputPower在进行2D计算时，给定输出负载转矩和转速，因此电机的输出功率很容易计算，但是也可通过转矩曲线和转速曲线进行计算。在EMpulse中，电机的功率Pout满足下式：_outairgapPPFW其中，FW，表示机械损耗，Pair_gap为气隙功率，由平均转矩（单位Nm）和转速（单位rad/second）相乘而得。转速为375rpm=39.27rad/s。以下给出平均转矩的计算方法。1）ChoosePlot/Open,Selecttorque.dat,chooseOK;2)ChooseTools/CalulatortoaccesstheSignalCalculator;3)SelectTorque.dat,andchooseCopytocopythetorqueplotintotopofstackofcalculator.4)ChooseSample,anddefinethefollowingparameters:Sample:TimeSpecifyby:SizeStart:0.2Stop:0.3Size:10005)ChooseOKtoacceptthevaluesandreturntothesignalcalculator.6)Enter39.27intheName/Constantfield(给定速度)7)Choose*tomultiplybythespeedinradianspersecond;8)Choosetheintegratebutton（计算在一段时间内转矩之和）9)Enter0.1intheName/Constantfield(给计算平均值的时间段：Stoptime-Starttime=0.1s)10)Choose“/”tocalculatetheaverage;11)ChoosePreview.Thelastnumberinthisplotistheaveragevalue(曲线的最后一点就是所求的平均转矩)；12)Choosemax,(给出所求的平均转矩)：816.141Nm因此输出功率为：Pout=816.141-70=746.141；由于给定转矩为19Nm，而不是要求的19.1，因此输出功率不是750W。2.5.2计算相电流有效值：电流有效值的数值计算公式：211()NIinN1）ChoosePlot/Open,Selectcurrent.dat,chooseOK;2)ChooseTools/CalulatortoaccesstheSignalCalculator;3)Selectcurrent..dat:A_phase,andchooseCopytocopyitintotopofstackofcalculator.4)ChooseSample,anddefinethefollowingparameters:Sample:TimeSpecifyby:SizeStart:0.2Stop:0.3Size:10005）ChooseOKtoacceptthevaluesandreturntothesignalcalculator.6）ChoosePushtoduplicatetheentry;7）Choose*tomultiplythevalueintopofthestackbyitself(计算i2);8）Choosetheintegratebutton（计算在一段时间内i2之和）;9）Enter0.1intheName/Constantfield(给计算平均值的时间段：Stoptime-St