r19-maxwell-toolkit-v2

1©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018电机设计工具包Toolkit讲师姓名/职务就职公司2©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018电机设计工具包Toolkit•创建电机效率Map图•支持3相永磁电机/感应电机•Toolkit集成于Maxwell安装包•基于ACT调用Toolkit3©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018与老版本的差异4©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018与老版本的区别•新版Toolkit和UDO均集成于软件安装包，无须另外安装•无须在使用Toolkit之前设置UDO•输入与老版本Toolkit保持一致•UI开发使用Python语言，代码可以查看•效率Map图计算代码已编译5©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018电机工具包概览6©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018Toolkit概览•采用ANSYSCustomizationToolkit(ACT)框架•ACT支持创建GUI并调用Maxwell•基于Python语言开发•ACT框架只支持Windows•Maxwell计算效率Map支持Windows和Linux7©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018Toolkit概览•Toolkit支持3相永磁电机和感应电机•支持2D/3D•DSO/LS-DSO调用Maxwell多核并行计算，可加快参数化仿真8©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018DSO与LS-DSO•DSO复制与Maxwell的交互:◦仿真管理通过MaxwellUI，仿真数据位于结果文件.◦当参数表很大或者/或者并行案例很多时，并行仿真受到沟通瓶颈的影响，仿真速度有所降低•LS-DSO采用了不同的方式，可避免仿真降速:◦采用分级的子进程汇总本地结果◦不保存所有仿真结果，只保存预定义的结果到csv文件✓该方法非常高效，适用于电机性能仿真9©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018DSO与LS-DSO•何时使用DSO/LS-DSO?◦LS-DSO可用于所有问题规模◦当参数化表格超过300~400时，或者并行超过30~40时，常规DSO降低仿真速度，优先考虑LS-DSO•电机Toolkit与两种方式均兼容10©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018电机Toolkit使用流程11©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018电机Toolkit使用流程开始电机设计输入电机特性电机极数最高转速…启动ACT输入Map范围/定义转速扫描点电流扫描点…12©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018电机Toolkit使用流程3种运行模式立即计算效率Map生成新design并设置参数表ACT执行只生成模型（不求解）提取结果创建效率Map求解参数表提取结果计算效率填充报告生成新design并设置参数表提取结果计算效率填充报告13©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018开始•用户完成2D/3D模型的必要设置•初始模型不会做任何改动•ACT将会复制一个模型再做处理MachineDesign14©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018输入电机特性•用户必须输入电机性能参数，例如:◦激励类型◦极数◦最大电压，最大转速…..•当电机特性定义完成后，所有参数会被保存成当前模型的默认值EnterMachineCharacteristics#ofPolesMaxSpeed…15©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018输入Map图定义•输入Map图计算参数◦速度◦电流◦滑差◦……•选择求解器选项和优化算法EnterMapsRange/Definitions#ofspeedpoints#ofcurrentpoints…16©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018计算效率•用户已选择优化目标•Toolkit从提取的数据中运行多目标优化，查找不同速度和转矩下的最佳工作点•本进程采用1个核，需要几分钟时间CalculateEfficiency17©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018填充报告•优化成功后，自动筛选结果。Toolkit在新的Maxwelldesign里创建2D报告•用户可以更改显示选项Populatereports18©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018创建设计•第一步是复制模型，并进行如下修改:◦根据ACT输入修改激励和求解设置◦创建参数化扫描•如果用户不知道初始位置角（永磁电机），Toolkit可以自动计算。Preparenewdesignwithparametrictables19©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018参数化求解•取决于电机类型和精度设置，参数化表格可能有200~2000行•采用DSO/LS-DSO可以大大减少求解时间Solveparametrictables20©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018参数化求解•参数化扫描结束后，相关数据会提取出来◦背后采用的是UDO功能，参数化扫描结果将用与之后的优化•每一个扫描点计算完成后都会提取数据ExtractResults21©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018参数化求解•基于瞬态曲线，Toolkit启动优化设计，并查找每个工作点下的最优设计•该过程持续数分钟CalculateEfficiency22©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018参数化求解•根据优化结果Toolkit自动创建轮廓线图PopulateResults23©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018Toolkit操作步骤24©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018打开Toolkit•Toolkit在ACT菜单.◦ViewACTExtensions•点击LaunchWizards25©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018打开Toolkit•选择MachineToolkit◦如果MachineToolkit按钮不存在，回到上一级，选择ManageExtension.点击MachineToolkit并选择‘loadbydefault’26©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018选择Project/Design•如果当前Design无效(Maxwell瞬态场并设置了运动):◦使用下拉菜单并选择有效design◦如果要选择其他project，点击Update刷新•只显示不带预设变量的Design◦*预设变量:Speed_TSC,Imax_TSC,Gamma_TSC,Vmax_TSC,Slip_TSC,Freq_TSC27©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018电机特性•一旦选择了有效的Design，Toolkit窗口将会显示出来◦如有需要，可选择‘Prefillsettingusingconfigurationfile’可导入之前保存的设置•对当前Project而言，所有输入参数都会保存，无须另外保存28©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018电机特性•选择电机类型:◦PMsynchronous◦InductionMachine•输入极数•电压控制有以下选项:◦Line-LineRMSVoltage◦SinusoidalPWM✓sinusoidalreferencesignalwithcarrierfrequency◦ThirdharmonicPWM:✓Ma：modulationindex✓w：pulsation✓V=Ma*(cos(wt)+1/6*cos(3wt))◦SpaceVectorPWM29©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018电机特性•控制策略:◦MTPA(MaximumTorquePerAmpere)◦TotalLossMinimization:•激励参数.◦取决于电压控制类型◦线电压线电流，直流电压，直流电压调制比.◦电压调制比：0~130©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018电机特性•连接类型:◦Wye-connection◦Delta-connection•仿真类型:◦电动机◦发电机•点击Next31©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018DOE设置(PM电机)•Numberofelectricperiods◦Toolkitcreatesanewdesignandignoredcurrentsetupvalues.◦ForaPMmachine,2periodsisthenorm•Numberoftimestepsperperiod:◦至少30◦设置40-60可提高计算精度•Numberofperiodsusedforaverage:◦除非转矩波动大，通常设置为1◦必须小于Numberofperiodssimulated32©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018DOE设置(PM电机)参数化扫描的规模与三个参数有关：•Numberofcurrentsweeppoints:◦6pointsisenoughforafirstapproach.◦8-10pointscanbeusedforbetteraccuracy•Numberofanglesweeppoints:◦usuallyitrangesfrom6to10•Numberofspeedsweeppoints:◦4istheminimum.◦Use6-10pointsformoreaccurateresults33©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018Map特性(PM电机)•Numberofspeedpoints•Numberoftorquepoints•TorqueThresholdFactor◦0~1•MaximumspeedMaxSpeedTorqueThresholdfactor34©2018ANSYS,Inc.April25,2018ANSYS新品发布会和技术巡展2018DOE设置(感应电机)•Numberofelectricperiodssimulated:◦至少20+，通常与模型有关•Numberoftimestepsperperiod:◦至少30◦40-60可以获得更高精度•Numberofperiodsusedforaverage:◦除非转矩波动大，通常设置