整理ANSYS在永磁電機設(shè)計中的應(yīng)用

1、精品文檔ANSYS&永磁電機設(shè)計中的應(yīng)用近年來，隨著永磁材料性能的不斷提高和完善，特別是位鐵硼永磁材料的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善和價格的逐步降低以及電力電子器件的進一步發(fā)展，稀士永磁電機在國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。永磁電機采用永磁體勵磁，電機內(nèi)部的電磁場分布較為復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的等效磁路方法分析會帶來較大的誤差，為保證計算的準(zhǔn)確，一般采用有限元法對電機內(nèi)部電磁場進行數(shù)值計算。應(yīng)用有限元法進行數(shù)值分析，需對有限元法熟煉掌握，編制計算程序，工作繁鎖且精度不高，后處理能力有限。ANSY缸目前應(yīng)用最為廣泛、使用最方便的通用有限元分析軟件之一，該軟件融結(jié)構(gòu)、熱、電磁、

2、流體、聲學(xué)于一體，能進行多物理場耦合計算，并具有極為強大的前、后處理功能。在使用上，使用者只需輸入所要計算的問題，便可獲得結(jié)果，并可對結(jié)果進行進一步的開發(fā)使用，而不需要了解求解的詳細(xì)過程，更不需要掌握有關(guān)技巧和編制任何程序，極大地方便了使用，節(jié)省了時間和精力。具體到電機設(shè)計上，無論任何結(jié)構(gòu)、任何形式的永磁電機，只要將其模型輸入ANSY觥可進行求解，通過后處理得到磁密分布、磁場分布、磁場強度分布、電磁力分布及轉(zhuǎn)矩分布的彩色云圖和單元列表，非常直觀明了并且計算精度很高。本文通過對某海上設(shè)備用高速永磁同步發(fā)電機的設(shè)計，較為詳細(xì)地說明了用ANSYS®行電機內(nèi)電磁場分析的具體過程，并給出了樣機

3、測試結(jié)果。2永磁同步發(fā)電機的性能指標(biāo)和基本結(jié)構(gòu)該稀土永磁發(fā)電機經(jīng)變流設(shè)備帶動一組脈沖負(fù)載，要求電機輸出兩組三組電壓±33V（相電壓），功率為2kW電壓變化率為±2%電機轉(zhuǎn)速為24000r/min,體積和重量要求極為嚴(yán)格。電機采用R2co17（鎊鉆2:17）永磁體，轉(zhuǎn)子采用6對極瓦片式結(jié)構(gòu)，外加不銹鋼緊固套，定子采用36槽結(jié)構(gòu)，定子繞組輸出頻率為2000Hz3用ANSYS4行電機電磁場分析本文采用ANSYS56版本的Multiphysics模塊進行電機電磁場分析，可分為三個階段：前處理、運行計算和后處理。3. 1前處理這一階段包括定義單元類型、建立分析模型和定義各部分材料的性

4、質(zhì)。單元類型定義為電磁分析（Electromagnetic）軸對稱型。本文設(shè)計的稀土永磁發(fā)電機為6對極對稱結(jié)構(gòu)，具電磁場分析模型采用一個極距范圍，如圖1所示。模型可用ANSYSS供的用戶界面Workplane繪制，也可由Pro/E、UG或AUTOCAD制然后讀入。精品文檔精品文檔輸入各種材料的性能：永磁材料的磁導(dǎo)率和矯頑力，非導(dǎo)磁材料（空氣、線圈、磁隔）的磁導(dǎo)率，定子鐵心（硅鋼片）和轉(zhuǎn)子磁腕（電工純鐵）的磁化曲線,然后將其一一賦予模型，再將模型中各材料面積融合為一體，如圖2所示。陽2加松弟4. 2運行處理這一階段包括：網(wǎng)格剖分、設(shè)定電樞、加邊界條件、施加激勵和運行計算。選定整個模型進行網(wǎng)格剖分

5、，如圖3所示。然后將電樞部分面積設(shè)為電樞，將內(nèi)外兩條弧線設(shè)為平行于磁力線的邊界，若求解的是負(fù)載情況，在槽部加電流密度激勵，最后進行運行計算。精品文檔精品文檔曲4M端刷分5. 3后處理包括繪制磁密分布圖、磁力線圖、磁場強度圖，求解電磁作用力或電磁轉(zhuǎn)矩等。圖4、5、6分別是電機空載時的磁密、磁場強度、磁力線分布圖，也可以采用列表的方法將各單元數(shù)值列出。通過圖形可以清楚地看出各部分磁密分布，磁場強度的大小，計算出磁鋼的空載工作點以及各個電磁計算中所需要的系數(shù)，負(fù)載情況與此類似，從而在直觀明了的情況下完成電機的電磁設(shè)計。閘出酒加他也4結(jié)果分析本文稀土永磁同步發(fā)電機的設(shè)計，通過AN-SYS進行電機電磁場

6、數(shù)值計算,很好地完成了設(shè)計任務(wù)，滿足了電機電壓變化率土2o/o的要求。樣機測試空精品文檔41V、精品文檔載輸出電壓和負(fù)載輸出電壓如圖7、8所示。圖中空載相電壓分別是33.32.73V、32.81V。負(fù)載相電壓分別是33.42V、32.95V、32.50V。陽q2均立勺個瓶歷ft電L.7口種LL11ViH、，、I*'IV4科*'tlVLlHtMIMr>1精品文檔精品文檔ihIJog，ti!tn)，:m。C1RM、V如MC*MMSH"VtIkM“，i*vJl*3致電原減書圖5結(jié)論(1) ANSY遜用有限元分析軟件，具有極強的前后處理功能和較高的分析精度，并且使用方便，常用于結(jié)構(gòu)和傳熱方面的分析，在電磁場分析方面也能取得很好的應(yīng)用。(2) ANSYS用于永磁電機設(shè)