一.将Autocad中图形导入Maxwell中 1.模型建好后另存为AUTOCAD2000/LT2000格式的图 形文件; 2.点击Maxwell图标起动软件; 3.选择红色圈圈中的中间那个按钮,建立Maxwell2d 模型,然后右键点击Solution Type并选择瞬态磁场。 4.点击Modeler按钮,选择Import,选择刚刚保存 的cad文件打开。 5.模型打开后就导入了Maxwell中。 PS: 1. Solution Type中 Magnetostatic是 静态磁场分析, 是指不随时间 变化的磁场; 2. Transient是指所 求解各量随时间变 化,如反电势、转 矩等随时间变化的 量。通常使用此求 解器。 Autocad中的图 导入到MAXWELL 中的模型 二.将Autocad中图形导入Maxwell中后的处理 注意:Maxwell中都是以面域为单位进行计算的(单独求某处磁密除外) 将Autocad图导入后,不能直接进行运算,需要进行相应操作处理。 以定子冲片为例。 在Autocad中,定子外圆为一封闭的圆形,导入进来后直接成为一个圆形的大面域将所有东西囊括(左图)。 而由槽形成的面域(右图),将二者相”减”才为定子冲片。转子与转轴同理。 具体操作为:选中两者,点击Modeler→Boolean→Subtract 三.在Maxwell中绘制绕组模型 通过使用菜单栏上红色的部分绘制绕组模型。12槽八极为分数槽双层绕组,其建模过程为: 先在一个槽内画一个矩形→选中→Edit →Duplicate →Mirror(或直接使用图中蓝色圈圈中按钮) 三.在Maxwell中绘制绕组模型 选中槽内的两个矩形(绕组)→Edit →Duplicate →Around Axis → 选择30度12个(或直接使用图中绿色圈圈中按钮) 四.在Maxwell中绘制Band及Region Band:用于将静止物体和运动物体分开, 在电机模型中,Band不能与任何模型交叉, 可以沿自身滑动,但不能妨碍其他物体。 即:将Band看成是电机的转动部分,由 Band面域包围转子转动,这里Band圆的直径 要大于转子外径小于定子内径。右图为建立 的Band面域,我通常选择在气隙1/2处。 Region:电机求解域,Maxwell为有限元 分析,要设置一个求解区域,包围所有 的模型进行求解,将其设置为与定子外 径重合的圆即可。 PS:点击所 选模型 Eidt→Prope rties 可以选 择模型的颜 色、透明度 和更改名字 等。 这里,最下面一项为透明度。 五.在Maxwell中赋材料 这里,绕组材料为铜copper 定转子为DW465 磁钢材料为NdFeB30 Region材料为真空 Band材料为真空 转轴材料为真空 具体步骤为: 1.点击图中蓝色部分 选择好一个,点击一次确定, 再次进入选择下一项材料 五.在Maxwell中赋材料 由于磁钢有充磁问题,在选择磁钢材料NdFeB30时候,先复制,再点击Edit Material,选择柱坐标系(选择蓝色 柱坐标系,此为设置磁钢充磁方向)R处+1为N极,-1为S极这样就完成了径向充磁的N、S极设置,选择不同设 置下的NdFeB30即可得到N、S极磁钢。 五.在Maxwell中赋材料 在设置、选择完材料后,对建立的模型进行材料赋予 六.绕组分相 选中电机模型中一个绕组矩形,右键→ Assign Excitations →Coil,这里名字设置为PA(AX中的A)表示A相正向线圈 (在软件中默认是指向平面外,导体数输入为28,又由于是单齿绕绕组,所以一个槽内导体数为56)下一页PPT为 设置A相负线圈。 六.绕组分相 同理选中与上个线圈左侧紧邻槽内的绕组矩形,右键→ Assign Excitations →Coil,这里名字设置为NA(AX中的X) 表示A相负向线圈。同理以逆时针ABC→ABC →ABC →ABC的顺序,完成12槽8极电机绕组设置。 右3图为将所有线圈的正负向以及导体数设置好,接下来就是设置ABC三相。 六.绕组分相 设置ABC三相 右键点击上页工程管理栏中的 Excitations→Add Winding. 这里,将绕组名称设置为 WindingA,Type选择为Current电流源并 设置为0(分析空载导线选择Stranded, Number of Parallel Branches(并联支路 数为1)。 再次右键单击Excitations 下WindingA选项,点击Add Coils选项将A相所有线圈加 入到绕组中。右图为绕组 中加完线圈的A相。 同理,完成B、C相。 七.铁耗设置 右键点击Excitations→Set Core Loss →选中Stator、Rotor。但值得强调是,铁耗的仿真计算并不十分准确,仍需要 实际测量来确定 八.磁钢涡流损耗设置 将所有磁钢选中,右键点击Assign Excitation→Current→将其设置为0电流激励即电流值设为0A →Excitations→Set Eddy Loss → 选中磁钢(PS,这里还要设置磁钢电导率,而NdFeB30材料特性中磁钢电导率已 经设好,所以不用再设置) PS:涡流损耗也不是很准 磁钢电导率 九.边界条件 由于使用的是全模型,所以使用最简单的边界条件设置即可。点击菜单栏中的Eidt→Select →Edge →选择电机模型 的定子外圆→点击工程管理栏处的Boudary →Assign →Vector Potential →设置为0;在设置完边界条件后再Eidt→Select →Project把选取调回“选择项目”。 十.剖分 以定子为例,在Sheets中选中定子,然后右键Assign Mesh Operations→Inside Selection →Length Based。 剖分规则有好几种,这里选择基于内部剖分。限制最大长度为5mm,不限制单元数。剖分的粗细程度对结果影响较大, 剖分越细致越占用电脑资源。 这里: 定子:5mm 转子硅钢:3mm Band:1mm Region:8mm 磁钢:2mm 这里的剖分形式及剖分数值 是我常用的设置,具体应依据 个人经验。 十一.运动设定 在Sheets中选中Band→右键点击→Assign Band →在设置对话框中,Type类型中的Motion选项选择旋转运动 Rotation,运动围绕坐标系为整体坐标系,运动方向为正向,即逆时针方向。Data中 Initial Position为该电机旋转 的初始位置角,这里需要自己设定,这里先不予考虑放在后面再说。在机械设置中,不考虑瞬态,将电机转速设 置为1500rpm。再右键点击Model选项→Set Model Depth设置电机轴向长度,这里为20mm。 十二.求解设定 这里,右键点击Analysis→Add Solution Setup。设置仿真时间为0.02s,步长设置为0.0001s,接着在Save Fields中点击 Add to list,将具体设置增加到时间菜单中。 十三.分析自检 这里,点击菜单栏中的红色部分,进行自检 自检没有问题 分析 十四.结果分析 计算完成后,使用Ctrl+A全选模型,再工程栏下方Field Overlays处点击Plot可以查看剖分情况。值得注意的是, 在左下角处有一个时间Times=-1,其意义为在电机转动前的情况,电机这里的Times,将时间该为除-1外的任意 值,可以观察剖分信息(PS:只有开始仿真了才能看到剖分信息) 十四.结果分析 仍使用Ctrl+A全选模型,再工程栏下方Field Overlays处点击Fields→A/B中的Flux_Lines/Mag_B可以查看磁力线与 磁密情况。时间设置同查看剖分结果,选择不同的时间,可以看到不同时间处的磁力线与磁密分布。 我画 的这 个挺 饱和 啊…. 十四.结果分析 点击Field Overlays上面的Results,可以观察电机的电磁仿真图形,以空载反电势为例。 PS:Maxwell版本不同,所以选择其在标注最值、均值、有效值的位置可能不同,但都是在Traces Charateristics 里。 空载反电势 在选择的波形图上右键点击,有Export选项,可以导 出数据。 十五.初始位置角的设定 通常情况下,将A相轴线与d轴轴线重合为电机运行的初始位置,在用RM模块建立模型一键导入Maxwell里面是自 动将A相轴线与d轴重合的,我们自己导入的话就需要自己设置。 对所建模型中转子所在的位置,逆时针旋转某一角度,使得电机A相绕组通正向电流产生的磁场方向与转子磁场 方向反向。而该角度,就是转子初始位置角(initial position)。之所以是反向而不是重合,是因为ansoft默认电机采 用电动机惯例,也就是电流和反电动势反向。所谓A相绕组通正向电流,即A相带电流方向为流出纸面(positive),X 相带电流方向为流入纸面(negative)。至于A相绕组通正向电流产生的磁场方向,可使用右手螺旋定则判定。此时 指定的转子初始位置角,使得A相初始时刻交链的磁通为负的最大值,因此A相初始时刻感应电势大小为0,进一步分 析还可以得出,A相初始时刻感应电势相位也为0。因此A相感应电动势表达式为EA=Em*sin(ωt),其他两相可依据 三相对称关系写出。 由左图可以看出, 定义的PA为流出 纸面的。 十五.初始位置角的设定 左图所示为流入 纸面的即设置的 NA 由右手定则可知,A相轴线方向是即为A 相绕齿的中心线,d轴轴线为N极中心线。两 者相差15度,所以在Model→Moution Setup →Data里写上15度,这里+15为转子逆时针转 15度。 这样,A相轴线就与d轴轴线对齐,空载A 相磁链负向最大,感应电势为0。(原因在下 页)初始位置角即确定。 画图不会画…只能手写加比喻了…在设置完初始角后,重新仿真。只仿真了 一会。至此,空载仿真完事。 空载磁链 空载反电势