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2016-10-28 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
ANSYS定制化電機(jī)設(shè)計流程
電機(jī)電磁設(shè)計,特別是利用先進(jìn)有限元設(shè)計工具仿真和優(yōu)化電機(jī)電磁性能,本來是一個操作復(fù)雜、難度大、對工程師要求比較高的工作:既需要電機(jī)設(shè)計工程師有比較深厚的電機(jī)理論功底和豐富的電機(jī)設(shè)計經(jīng)驗,又需要電機(jī)設(shè)計工程師對有限元理論和有限元分析流程和技巧了解的比較透徹。ANSYS高級電機(jī)設(shè)計工具包,提供了專門針對電機(jī)電磁設(shè)計和優(yōu)化的一鍵有限元建模、一鍵電機(jī)設(shè)計后處理(UDO和ToolKit)等強(qiáng)有力工具,將工程師徹底從繁瑣的有限元操作中解救出來,直面電機(jī)設(shè)計的具體問題。
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初始設(shè)計和一鍵有限元建模
基于磁路法的旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)計專家RMxprt,不僅能完成多達(dá)19種電機(jī)的磁路法計算,還能夠一鍵生成電機(jī)的二維和三維全參數(shù)化有限元分析模型,包括自動建立幾何模型、設(shè)置材料屬性、網(wǎng)格剖分、邊界條件、外電路以及運動和求解選項等,并且RMxprt中設(shè)置的設(shè)計變量能夠無縫傳遞到Maxwell中,用于參數(shù)化、優(yōu)化設(shè)計,極大地簡化了電機(jī)電磁場有限元分析和瞬態(tài)性能優(yōu)化流程。
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高性能電磁優(yōu)化設(shè)計
基于電磁場有限元分析的軟件Maxwell2D/3D,可通過對RMxprt直接輸出的有限元模型進(jìn)行簡單修改,就可以完成電機(jī)各種正常和故障工況下的電磁性能分析,例如:齒槽轉(zhuǎn)矩、開路反電動勢、額定負(fù)載特性、轉(zhuǎn)矩電流特性、繞組短路/斷路、導(dǎo)條斷裂等,并可直接設(shè)置或調(diào)用RMxprt設(shè)置的各種變量,對電機(jī)的各種瞬態(tài)特性進(jìn)行參數(shù)化/優(yōu)化設(shè)計,還可利用HPC和DSO,加速電機(jī)電磁計算和性能優(yōu)化進(jìn)程。
DSO允許用戶將對結(jié)構(gòu)、線性或非線性材料、激勵、控制參數(shù)的參數(shù)化掃描或遺傳算法、Matlab優(yōu)化方案,分布到聯(lián)網(wǎng)的多個CPU核或計算節(jié)點上求解,最終在發(fā)起運算的主節(jié)點上顯示完整的計算結(jié)果,這種高性能計算機(jī)制大幅提升了參數(shù)化掃描和優(yōu)化設(shè)計的速度。
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一鍵電機(jī)后處理
用戶自定義輸出(UDO)
UDO是Maxwell內(nèi)置的、針對電機(jī)設(shè)計的后處理工具,能夠在電磁場有限元計算完成之后,直接輸出電機(jī)的輸入輸出功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、各種損耗、LdLq、效率以及功率因素等電磁性能數(shù)據(jù)。
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定制化電機(jī)設(shè)計工具包(ToolKit)
ToolKit是Maxwell內(nèi)置的、針對電機(jī)設(shè)計的定制化后處理工具,能夠一鍵完成永磁電機(jī)的效率Map圖、損耗Map圖、LdLq以及電流的Map圖,一鍵輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線等功能,采用單位電流最大轉(zhuǎn)矩輸出(MPTA)的控制算法,并考慮溫度、頻變交流電阻、斜槽、不同頻率下鐵耗系數(shù)等對電機(jī)性能的影響。
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ANSYS定制化電纜設(shè)計流程
電纜設(shè)計規(guī)格多,工程設(shè)計經(jīng)驗及教訓(xùn)表明,采用CAD軟件進(jìn)行電氣設(shè)計,不僅人工工作量大、設(shè)計效率低、重復(fù)勞動多,而且容易出錯,無法保證各設(shè)計階段之間設(shè)計數(shù)據(jù)的一致性。ANSYS電纜設(shè)計工具包可幫助用戶實現(xiàn)參數(shù)化幾何建模,并通過算法技術(shù)處理,使用二維幾何計算模型,反映真實三維電纜實體結(jié)果,能快速、高效建立模型并求解,通過電磁性能分析、設(shè)計方案優(yōu)化、高性能計算、電磁參數(shù)和系統(tǒng)模型提取,將電纜和系統(tǒng)設(shè)計、傳導(dǎo)干擾分析結(jié)合起來,提高工作效率并加快電纜設(shè)計流程。
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參數(shù)化建模
Maxwell內(nèi)置的、定制化電纜設(shè)計工具包(ToolKit)是基于開放式的Python語言開發(fā)的腳本程序,能夠通過輸入功率線、護(hù)套、冷卻管等尺寸參數(shù)和材料,一鍵自動生成電纜的幾何模型,修改模型參數(shù)十分方便,且能自動實時更新幾何尺寸。
電纜設(shè)計時為了提供電纜線利用率,考慮電流趨膚效應(yīng)等影響,需要對線芯換位處理,即通常采用絞線。定制化電纜設(shè)計工具包(ToolKit)充分考慮了各種換位絞線策略,通過簡單定義絞線半徑和節(jié)距,直觀地用二維模型精確地處理三維結(jié)構(gòu),且軟件在計算時充分考慮了定義絞線后的參數(shù)變化。
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高性能電磁優(yōu)化設(shè)計
Maxwell內(nèi)置多種求解器,可實現(xiàn)定制化設(shè)計電纜的靜磁場、渦流場、瞬態(tài)磁場,靜電場、直流傳導(dǎo)場和瞬態(tài)電場性能分析,能夠精確地提取電纜模型的交流電阻、電容、電感等,更可以直觀地查看電纜截面上的電場、磁場分布云圖,精確讀取任意坐標(biāo)位置下的場數(shù)據(jù)。
Maxwell瞬態(tài)求解器可外加任意波形的電壓源或者電流源激勵,仿真在雷擊瞬間大電流涌入下電纜的磁場變化過程,動態(tài)顯示能量的變化過程,同時考慮鎧裝材料的非線性、電渦流和磁擴(kuò)散等。
Maxwell定制化電纜設(shè)計工具包(ToolKit)創(chuàng)建的幾何模型可以直接傳遞到準(zhǔn)靜態(tài)邊界元Q3D中求解,也可以直接將第三方布線/繪圖工具得到電纜復(fù)雜的三維幾何模型導(dǎo)入Q3D,通過電磁計算能夠直接得到電纜的場分布,包括電壓分布,電流分布,電場和磁場等,以及RLCG寄生參數(shù)矩陣等參數(shù),還可以對定制化電纜模型進(jìn)行參數(shù)化和優(yōu)化設(shè)計。
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系統(tǒng)傳導(dǎo)干擾分析
Maxwell/Q3D實現(xiàn)電纜電磁分析和優(yōu)化設(shè)計后,可直接輸出電纜電磁參數(shù)/RLCG寄生參數(shù),通過協(xié)同仿真和模型降階技術(shù),鏈接到Simplorer電路/系統(tǒng)設(shè)計,從而取代設(shè)備與負(fù)載間理想的電氣連接線,實現(xiàn)高精度系統(tǒng)建模。
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