Hi-Key電機與電器CAE解決方案

1、Hi-Key電機與電器CAE解決方案2報告內(nèi)容電機與電器行業(yè)概述電機與電器的CAE仿真需求?；鵆AE解決方案與案例介紹3電機與電器專業(yè)一級學(xué)科：0808電氣工程二級學(xué)科：080801電機與電器一體化電機的理論與技術(shù)方面：步進電機、無刷直流電機、感應(yīng)同步器等。電機的電力電子驅(qū)動技術(shù)方面：電動車、電機驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制策略、變頻電源諧波抑制技術(shù)。高環(huán)境、高可靠電機與電器方面：高環(huán)境電器可靠性理論與技術(shù)、航天電器的理論與技術(shù)、衛(wèi)星姿控用飛輪的可靠性設(shè)計。新型電磁機構(gòu)的理論與應(yīng)用方面：特種電機、磁性流體密封、旋轉(zhuǎn)軸的在線動平衡、電磁成型技術(shù)。4行業(yè)背景中國機電產(chǎn)品進出口商會在2014年4月15日開幕

2、的第115屆廣交會上透露，2013年中國機電產(chǎn)品進出口貿(mào)易額為2.1萬億美元，占據(jù)著中國對外貿(mào)易半壁江山，并連續(xù)4年位居全球首位。2013年4月工信部印發(fā)2013年工業(yè)節(jié)能與綠色發(fā)展專項行動實施方案，重點推進實施電機能效提升和涉鉛行業(yè)綠色發(fā)展兩個專項計劃。計劃除設(shè)定具體目標外，更按月、按季度設(shè)定進度要求，政策和中央財政支持力度不斷加強。工信部聯(lián)合國家質(zhì)檢總局決定組織實施全國電機能效提升計劃。按照該計劃，到2015年，實現(xiàn)電機產(chǎn)品升級換代。5報告內(nèi)容電機與電器行業(yè)概述電機與電器的CAE仿真需求?；鵆AE解決方案與案例介紹電機標準電機的主要性能指標（1）轉(zhuǎn)矩、（2）電流、（3）效率、（4）功率因數(shù)

3、、（5）繞組溫升（絕緣等級）、（6）振動、（7）噪聲；效率、功率因數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)越大越好，而繞組溫升、振動和噪聲越小越好。6電機的主要性能指標型 號額定額定轉(zhuǎn)速 效率 功率堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流最大轉(zhuǎn)矩噪聲振動重量功率 電流 因數(shù) 額定轉(zhuǎn)矩額定電流額定轉(zhuǎn)矩1級2級速度 kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skg同步轉(zhuǎn)速 3000r/min 2 級Y80M1-20.751.82830750.842.26.52.366711.817Y132S2-27.515290086.20.88272.378831.8727需求分析轉(zhuǎn)矩、電流、效率、功率、繞組溫升強度、模態(tài)、振動噪聲電機冷卻1234電磁聲

4、學(xué)控制流體電機研究CAE需求結(jié)構(gòu)控制、半實物仿真5研發(fā)管理多場耦合多場耦合6研發(fā)管理78報告內(nèi)容電機與電器行業(yè)概述電機與電器的CAE仿真需求?；鵆AE解決方案與案例介紹電機與電器電磁分析解決方案電磁分析解決方案MagNetOptiNetThermNetElecNet磁場優(yōu)化設(shè)計溫度場電場MotorSolve通用分析模塊專業(yè)電機設(shè)計10綜合解決方案CFD自研接口MagNet for SolidWorks Motorsolve：電機快速設(shè)計軟件為中國區(qū)用戶定制的中文界面結(jié)合有限元法和磁路法，內(nèi)嵌MagNet 2D求解器，保證精度內(nèi)嵌多種電機模版，滿足快速設(shè)計需要參數(shù)化設(shè)計，貼近工程的參數(shù)、參數(shù)關(guān)聯(lián)

5、、參數(shù)保護熱分析功能擴展功能： MagNet、dxf、Simulink（數(shù)字系統(tǒng)仿真）、VHDL（半實物控制仿真）對比報告、結(jié)果報告11電機設(shè)計解決方案基于MotorSolve的混合動力汽車電機設(shè)計無刷直流電機，特別是內(nèi)置永磁體式（IPM）在混合動力和電動車輛中受到廣泛的應(yīng)用。利用有限元方法，分析非線性材料、PWM驅(qū)動電路等。幾何建模器可以在幾分鐘內(nèi)完成8極、48槽、三相IPM電機復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建模。12MotorSolve界面轉(zhuǎn)矩、效率、電壓、電流和功率因數(shù)曲線圖參考案例永磁電機設(shè)計Magnet雙向磁熱耦合分析電機瞬態(tài)溫升；實現(xiàn)電機方案的多目標自動優(yōu)化；可分析大型電機的端部特性；豐富的聯(lián)合仿真功

6、能：可與流體軟件耦合進行深度散熱分析；可與結(jié)構(gòu)、聲學(xué)軟件耦合進行振動、噪聲分析；可與控制系統(tǒng)軟件耦合進行數(shù)字控制仿真。2D/3D多運動部件多自由度瞬態(tài)運動求解器，是市場上唯一支持六自由度的電磁求解器?？梢郧蠼獯艖腋‰姍C、球形電機（仿生關(guān)節(jié)、機械臂）、多轉(zhuǎn)子電機等問題。13電磁特性模擬解決方案問題：傳統(tǒng)的鐵損計算方法是根據(jù)磁密B的最大值來查找磁化曲線。對于永磁電機，磁鐵周圍的磁密值雖然很高，但基本保持不變，這時這種鐵損計算方法是不正確的。解決方法：Magnet提供鐵心損耗計算方法，能夠準確計算永磁電機的鐵心損耗，在此基礎(chǔ)上可以進一步準確計算電機的溫度場。14參考案例磁場模擬與鐵芯損耗計算轉(zhuǎn)子內(nèi)插

7、永磁電機的磁密云圖轉(zhuǎn)子內(nèi)插永磁電機的損耗密度圖項目目標：對轉(zhuǎn)子內(nèi)插永磁電機進行優(yōu)化，使得轉(zhuǎn)矩脈動最小。解決方案：應(yīng)用MagNet和OptiNet，可以方便地優(yōu)化電機的轉(zhuǎn)矩脈動、效率、成本等。優(yōu)化變量：永磁體的尺寸和定子磁場超前角約束條件：1800RPM轉(zhuǎn)矩不小于0.475Nm；4000RPM轉(zhuǎn)矩不小于0.350Nm；1800RPM和4000RPM時，EMF小于外加電壓；1800RPM和4000RPM時，效率不小于80（損耗包含歐姆損耗，鐵心損耗和渦流損耗）。項目成果：轉(zhuǎn)矩波動被顯著降低到初始值的11.92%。15參考案例轉(zhuǎn)矩脈動優(yōu)化設(shè)計16磁熱耦合分析解決方案MagNet + ThermNet

8、 + OptiNet磁場+熱場+優(yōu)化MagNet+ThermNet：磁熱雙向耦合MagNet電磁場分析ElecNet電機參數(shù)化優(yōu)化獲取磁密云圖、電磁力、損耗等計算結(jié)果MagNet-ThermNet磁熱耦合溫度分析MotorSolve電機設(shè)計參考案例電機設(shè)計與磁-熱-優(yōu)化耦合分析17電機與電器控制解決方案電機開發(fā)解決方案MagNetSimulink接口軟件磁場模塊系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)交換基于Magnet的電機控制開發(fā)19問題：實機測試和電磁設(shè)計的電機，磁鋼在損耗上差距非常大，初步認為是實機測試的控制器和電磁設(shè)計的激勵不一樣造成的，實機測試是采用PWM控制。20參考案例電器控制器與電磁特性聯(lián)合模擬解決方法

9、：聯(lián)合Simulink、PSIM等軟件，模擬PWM控制的外電路，然后和Infolytica軟件進行聯(lián)合仿真。示例圖片鏈接MagNet電機-控制系統(tǒng)半實物仿真分析方案將MotorSolve軟件生成的高精度電機模型應(yīng)用于eDRIVEsimTM之中，實現(xiàn)電機-電力電子驅(qū)動與控制系統(tǒng)的半實物仿真。21電機與電器流體分析/冷卻解決方案旋轉(zhuǎn)電機在能量轉(zhuǎn)換過程中，其內(nèi)部將同時產(chǎn)生損耗，其能量最終均轉(zhuǎn)化為熱能，使電機各部分的溫度升高。這將影響到所用絕緣材料的使用壽命，并限制電機的輸出，嚴重的甚至可把電機燒毀。電機溫升是衡量電機性能的一個重要指標，它表征電機的內(nèi)部損耗，即表征電機發(fā)熱的物理量。電機的冷卻情況決定

10、了電機的溫升，溫升又直接影響電機的使用壽命和額定容量。因此冷卻問題是電機研究中必不可少的環(huán)節(jié)。23研究背景電機冷卻方法主要有三種：風冷卻：流動的空氣帶走電機產(chǎn)生的熱量。繞組內(nèi)導(dǎo)體散發(fā)的熱量經(jīng)過絕緣線或經(jīng)過鐵芯向外傳導(dǎo)，因此會導(dǎo)致絕緣線和鐵芯溫升過高，影響絕緣壽命以及引起鐵芯應(yīng)力集中。水冷卻：采用水冷卻技術(shù)，使發(fā)電機定子繞組損耗產(chǎn)生的熱量，不再經(jīng)過鐵芯，定子鐵芯的溫升由其自身損耗產(chǎn)生，溫升大幅度降低。蒸發(fā)冷卻：當電機繞組空心導(dǎo)體內(nèi)部通以冷卻液體，吸收損耗產(chǎn)生的熱量，溫度逐漸升高，當液體的溫度達到壓力所對應(yīng)的飽和溫度時，就改變其物理狀態(tài)而沸騰汽化，帶走熱量，冷卻電機。24電機冷卻方法25流體分析解

11、決方案電機散熱特性三維CFD分析：FloEFD電機冷卻系統(tǒng)模擬：Flowmaster電機控制模塊散熱CFD分析與熱測試聯(lián)合：FloEFD/FloTHERM + T3Ster嵌入CAD平臺，簡化CFD仿真操作流程。電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，F(xiàn)loEFD可自動識別流體固體域，自動化網(wǎng)格劃分。無需模型簡化即可仿真，復(fù)雜形狀物體尤其適用。利用CAD平臺渲染手段，后處理效果更佳。26FloEFD模型處理邊界條件網(wǎng)格生成 求解(批處理)后處理報告生成同步CFD25%35%時間導(dǎo)入CAD模型 建立空間體網(wǎng)格生成參考案例電機、變壓器散熱CFD分析27電機散熱分析變壓器散熱分析實現(xiàn)電機流體系統(tǒng)仿真，而非部件可精確預(yù)測電機各

12、系統(tǒng)參數(shù)：壓力、流量、流速、溫度等完備的分析模塊 不可壓流體穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)分析 不可壓流體穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)傳熱分析 完備的元件庫、數(shù)據(jù)庫用戶自定義功能強大的報表生成工具28FlowmasterFlowmaster計算模型系統(tǒng)壓力分布系統(tǒng)流量分配某電機冷卻系統(tǒng)等效網(wǎng)絡(luò)圖參考案例電機冷卻系統(tǒng)模擬29CFD仿真-熱測試集成解決方案JESD51-1T3Ster-Master 軟件器件光-熱特性測試熱特性測試建立復(fù)雜的熱分析模型FloTHERMFloEFD/FloTHERM CIE 127-2007JESD51-51FloEFD/FloTHERM仿真JESD51-14JESD51-52T3SterTeraLEDT

13、eraLED View 軟件T3Ster/TeraLED光-熱測試30參考案例IGBT熱分析與與熱測試31電機與電器結(jié)構(gòu)分析解決方案結(jié)構(gòu)分析方案運動仿真非線性疲勞分析線性聲學(xué)分析AdamsMarcFatigueMSC NastranActran串行 迭代松散的耦合手工驅(qū)動33使用MSC.Nastran對電機定子結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析，得到電機定子的多階固有振動頻率、振型；可以進一步分析出電機定子振動的主要失效形式和危險位置，為新電機結(jié)構(gòu)設(shè)計和修改提供了理論依據(jù)。34參考案例電機定子結(jié)構(gòu)振動模態(tài)分析前六階模態(tài)位移云圖模態(tài)分析沖擊分析確定結(jié)構(gòu)在無阻尼、自由振動條件下的固有頻率和固有振型隨機振動分析建立有

14、限元模型參考案例某電器設(shè)備動力學(xué)特性分析隨機振動響應(yīng)、隨機振動疲勞分析獲取時間-加速度曲線慣性分析（加速度分析）獲取不同加速度下的應(yīng)力與形變結(jié)果35電機與電器噪聲解決方案電機噪聲分類:（1）電磁噪聲電磁力作用在定、轉(zhuǎn)子間氣隙中，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力波或脈動力波，使定子產(chǎn)生振動而輻射噪聲，這類噪聲稱為電磁噪聲。它與電機氣隙內(nèi)的諧波磁場及由此產(chǎn)生的電磁力波幅值、頻率和極數(shù)，以及定子本身的振動特性，如固有頻率、阻尼、機械阻抗均有密切的關(guān)系，還與電機定子的聲學(xué)特性有很大關(guān)系。（2）機械噪聲電機中的機械噪聲主要是由軸承和電刷引起的。這些噪聲和它們所用的材料、制造質(zhì)量及電機裝配工藝、配合精度有關(guān)。（3）空氣動力噪聲

15、由電機的冷卻風扇產(chǎn)生，主要由風扇的型式、風扇和通風道及進出口的結(jié)構(gòu)設(shè)計決定。在無外風扇的封閉電機中，空氣動力噪聲是微不足道的，主要是電磁噪聲和機械噪聲。37電機噪聲概述分析工具Actran模擬的物理問題聲學(xué)：聲源的傳播振動聲學(xué)：聲-固耦合分析流動聲學(xué)：流體發(fā)聲、復(fù)雜背景流的聲傳播38電機噪聲分析電磁噪聲分析風扇噪聲分析39電機電磁噪聲現(xiàn)有解決方案(二維到三維)定子與氣隙接觸線上力：F總利用積分得到每個齒上力：F齒1、每個齒面上N個節(jié)點，節(jié)點上加載F齒/N；2、往齒面中心點加F齒優(yōu)勢：分布式電磁力加載方式40電機電磁噪聲：?；鉀Q方案(三維到三維)三維電磁場分析電機聲學(xué)網(wǎng)格模型處理 電磁力保存分

16、布式電磁力映射到聲學(xué)模型 運算求解、后處理 幾何模型，求解工況電磁軟件Actran反饋優(yōu)化41電機電磁噪聲：?；鉀Q方案電機結(jié)構(gòu)振動位移圖電機外部聲聲壓分布圖聲輻射指向性曲線結(jié)構(gòu)聲輻射貢獻量圖Actran分析模型CAD模型CFD模型CFD計算結(jié)果（速度、壓力云圖顯示）CFD計算Actran聲場計算Actran頻譜曲線響應(yīng)Actran聲場分布電機風扇噪聲42參考案例變壓器振動輻射噪聲分析載荷與邊界條件：結(jié)構(gòu)重心加載三個方向的力和力矩；鐵心底面位移約束研究對象為變壓器鐵心柱聲學(xué)計算分析Infloytica-Magnet計算節(jié)點瞬態(tài)、頻域的力或力矩，提取總力、總力矩聲學(xué)計算域獲取聲壓級分布、場點頻譜

17、與指向性結(jié)果43參考案例風電設(shè)備降噪分析風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子部位聲學(xué)模型與觀察點設(shè)置降噪構(gòu)想：在轉(zhuǎn)子內(nèi)壁面加裝吸聲材料聲學(xué)與降噪特性計算分析獲取聲壓級分布與隔聲特性結(jié)果44參考案例密封套隔聲特性分析網(wǎng)格模型聲學(xué)模型計算結(jié)果（傳遞損失）CAD模型45參考案例壓縮機降噪設(shè)計與仿真分析考慮結(jié)構(gòu)部件的振動效應(yīng)建立壓縮機完整模型，耦合所有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包含鋼板之間的焊接、螺栓的連接、油、制冷劑、固、液、氣體區(qū)域完全耦合、橡膠底座模擬壓縮機放置在地面46參考案例消音器性能分析吸氣腔與排氣腔有限元網(wǎng)格傳播介質(zhì)為空氣（Air）和制冷劑（R600a）吸氣腔傳遞損失傳播介質(zhì)為空氣（Air）和制冷劑（R600a）排氣腔傳遞損

18、失47多場耦合解決方案基于MpCCI的多場耦合分析方案MpCCI支持的主要CAE軟件多物理場代碼耦合分析平臺流固耦合與氣彈分析熱固耦合與熱應(yīng)力分析1D系統(tǒng)模型與3D CFD模型的耦合多體動力學(xué)系統(tǒng)與非線性結(jié)構(gòu)的耦合仿真商業(yè)仿真代碼與自編代碼的聯(lián)合仿真涉及三個及以上物理場的耦合仿真電磁-流體動力學(xué)耦合分析分區(qū)CFD耦合49FSIMapper 參考案例發(fā)電機熱-固耦合冷卻分析CFD網(wǎng)格結(jié)構(gòu)網(wǎng)格固體區(qū)域溫度分布風量分布流場溫度分布50參考案例溫控箱熱-固耦合分析CFD網(wǎng)格結(jié)構(gòu)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力及局部分布圖結(jié)構(gòu)溫度流場溫度51研發(fā)管理與生產(chǎn)規(guī)劃計算中心統(tǒng)一管理解決方案SimCloud53Hi-Key DeSims設(shè)計-仿真管理平臺Hi-Key DeSims設(shè)計仿真管理平臺 SOA / 工程中間件流程管理流程再造流程定