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1、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2.1 Setup Boundaries/source（重点考虑Source Setup）2.2 Setup Solution选择Setup Solution|Options2.3 Setup Solution选择Setup Solution|Motion Setup2.4 Solve | Nominal Problem2.5 Post ProcessPost Press/Transistant date：2.5.1 计算平均输出功率：Average Ou
2、tput Power2.5.2 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2.6 Post ProcessPost Process/field：齿部磁密分布和磁密平均值计算.1 齿部磁密分布.2 齿部磁密平均值计算.3 沿齿弧磁密分布和沿齿磁密分布的差异 定子轭部磁密分布和磁密平均值 定子轭部磁密分布和磁密平均值 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3.1 Setup Boundaries/source（重点考虑Source Setup）3.2 Setup Solution选择Setup Solution|Options3.3 Setup S
3、olution选择Setup Solution|Motion Setup3.4 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 考虑铁耗时 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MAXWELL 11中。RmxPrt 的项目为ad_pmsm(Maxwell File 22KB)，Maxwell 中的项目为ad_
4、pmsm_fem.pjt。2、电机额定运行时的瞬态场分析与计算2.1 Setup Boundaries/source（重点考虑Source Setup）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（显然，B相应为：，C相应为）(7) 指定Done回到2D Boundary/Sour
5、ce Manager(8) 在Value框内输入U_Phase_A；(9) 选择Strand；(10) 选择Winding，出现Winding Setup指定PhA为Positive，PhReA为Negative；在Resistance框内输入相绕组电阻15.42W，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Total turns as seen from terminal框内输入每相串联匝数684；在Number of Parallel Branches输入并联支路数1；选择OK退回2D Boundary/Source Manager(
6、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2.2 Setup Solution选择Setup Solution|Options（1） 选择Manual Mesh(进行自定义剖分，略)；在进行完Manual Mesh 后必需的一步是Mesh/Line Match，选择主、从边界的边，to ensure that the meshing points will match at their matching boundaries. If they don not, you will re
7、ceive an error message about a missing transcript file during the normal solution.（2） 在Solber Choice 选择中，选DirectFor problem where all of the boundaries are well defined, the direct solver is the best choice（3） Transient analysisi、Solution: Start from time zero在开始时，还没有任何解，因此只能选择Start from time zero如果
8、对这个问题已有解，可以选择Continue Previous Solution。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Start from time zero，则计算从前面的0.2s计算结果开始。ii、Time StepTime Step 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Time Step的确定如下：1个齿距对应的时间为0.16/36=0.004444s；Time Step=0.
9、004444s/10=0.000444s。最后确定Time Step 为0.0004siii、Stop Time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Stop Time，电机的求解可以从前面解的结果开始进行。iv、Model Depth=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、Symmetry Multiplier=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。2.3 Setup Solution选择Setup Solution|Motion Setup(1) 从Object列表中选择Band，选择Set Ban
10、d(2) 选择Mechanical Setupi) Initial Angular Velocity: 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) Moment of Inertia: 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
11、中的给定值相同。iv) Load Torque: -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。2.4 Solve | Nominal Problem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Transient Date，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
12、由时间变为位置。2.5 Post ProcessPost Press/Transistant date：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：Average Output Power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：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
13、.27rad/s。以下给出平均转矩的计算方法。1） Choose Plot/Open, Select torque.dat, choose OK;2) Choose Tools/Calulator to access the Signal Calculator;3) Select Torque.dat, and choose Copy to copy the torque plot into top of stack of calculator.4) Choose Sample, and define the following parameters: Sample: Time Specify
14、 by:Size Start:0.2 Stop:0.3 Size:10005) Choose OK to accept the values and return to the signal calculator.6) Enter 39.27 in the Name/Constant field(给定速度)7) Choose * to multiply by the speed in radians per second;8) Choose the integrate button（计算在一段时间内转矩之和）9) Enter 0.1 in the Name/Constant field(给计算
15、平均值的时间段：Stop time-Start time=0.1s)10) Choose “/” to calculate the average;11) Choose Preview. The last number in this plot is the average value(曲线的最后一点就是所求的平均转矩)；12) Choose max,(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：1） Choose Plot/Open, Select current.d
