ANSYS定制化电机电缆设计宝典

2016-10-28 by:CAE仿真在线来源:互联网

ANSYS定制化电机设计流程

电机电磁设计,特别是利用先进有限元设计工具仿真和优化电机电磁性能,本来是一个操作复杂、难度大、对工程师要求比较高的工作:既需要电机设计工程师有比较深厚的电机理论功底和丰富的电机设计经验,又需要电机设计工程师对有限元理论和有限元分析流程和技巧了解的比较透彻。ANSYS高级电机设计工具包,提供了专门针对电机电磁设计和优化的一键有限元建模、一键电机设计后处理(UDO和ToolKit)等强有力工具,将工程师彻底从繁琐的有限元操作中解救出来,直面电机设计的具体问题。

初始设计和一键有限元建模

基于磁路法的旋转电机设计专家RMxprt,不仅能完成多达19种电机的磁路法计算,还能够一键生成电机的二维和三维全参数化有限元分析模型,包括自动建立几何模型、设置材料属性、网格剖分、边界条件、外电路以及运动和求解选项等,并且RMxprt中设置的设计变量能够无缝传递到Maxwell中,用于参数化、优化设计,极大地简化了电机电磁场有限元分析和瞬态性能优化流程。

高性能电磁优化设计

基于电磁场有限元分析的软件Maxwell2D/3D,可通过对RMxprt直接输出的有限元模型进行简单修改,就可以完成电机各种正常和故障工况下的电磁性能分析,例如:齿槽转矩、开路反电动势、额定负载特性、转矩电流特性、绕组短路/断路、导条断裂等,并可直接设置或调用RMxprt设置的各种变量,对电机的各种瞬态特性进行参数化/优化设计,还可利用HPC和DSO,加速电机电磁计算和性能优化进程。

DSO允许用户将对结构、线性或非线性材料、激励、控制参数的参数化扫描或遗传算法、Matlab优化方案,分布到联网的多个CPU核或计算节点上求解,最终在发起运算的主节点上显示完整的计算结果,这种高性能计算机制大幅提升了参数化扫描和优化设计的速度。

一键电机后处理

用户自定义输出(UDO)

UDO是Maxwell内置的、针对电机设计的后处理工具,能够在电磁场有限元计算完成之后,直接输出电机的输入输出功率、转矩、转速、各种损耗、LdLq、效率以及功率因素等电磁性能数据。

定制化电机设计工具包(ToolKit)

ToolKit是Maxwell内置的、针对电机设计的定制化后处理工具,能够一键完成永磁电机的效率Map图、损耗Map图、LdLq以及电流的Map图,一键输出电机的转矩转速曲线等功能,采用单位电流最大转矩输出(MPTA)的控制算法,并考虑温度、频变交流电阻、斜槽、不同频率下铁耗系数等对电机性能的影响。

ANSYS定制化电缆设计流程

电缆设计规格多,工程设计经验及教训表明,采用CAD软件进行电气设计,不仅人工工作量大、设计效率低、重复劳动多,而且容易出错,无法保证各设计阶段之间设计数据的一致性。ANSYS电缆设计工具包可帮助用户实现参数化几何建模,并通过算法技术处理,使用二维几何计算模型,反映真实三维电缆实体结果,能快速、高效建立模型并求解,通过电磁性能分析、设计方案优化、高性能计算、电磁参数和系统模型提取,将电缆和系统设计、传导干扰分析结合起来,提高工作效率并加快电缆设计流程。

参数化建模

Maxwell内置的、定制化电缆设计工具包(ToolKit)是基于开放式的Python语言开发的脚本程序,能够通过输入功率线、护套、冷却管等尺寸参数和材料,一键自动生成电缆的几何模型,修改模型参数十分方便,且能自动实时更新几何尺寸。

电缆设计时为了提供电缆线利用率,考虑电流趋肤效应等影响,需要对线芯换位处理,即通常采用绞线。定制化电缆设计工具包(ToolKit)充分考虑了各种换位绞线策略,通过简单定义绞线半径和节距,直观地用二维模型精确地处理三维结构,且软件在计算时充分考虑了定义绞线后的参数变化。

高性能电磁优化设计

Maxwell内置多种求解器,可实现定制化设计电缆的静磁场、涡流场、瞬态磁场,静电场、直流传导场和瞬态电场性能分析,能够精确地提取电缆模型的交流电阻、电容、电感等,更可以直观地查看电缆截面上的电场、磁场分布云图,精确读取任意坐标位置下的场数据。

Maxwell瞬态求解器可外加任意波形的电压源或者电流源激励,仿真在雷击瞬间大电流涌入下电缆的磁场变化过程,动态显示能量的变化过程,同时考虑铠装材料的非线性、电涡流和磁扩散等。

Maxwell定制化电缆设计工具包(ToolKit)创建的几何模型可以直接传递到准静态边界元Q3D中求解,也可以直接将第三方布线/绘图工具得到电缆复杂的三维几何模型导入Q3D,通过电磁计算能够直接得到电缆的场分布,包括电压分布,电流分布,电场和磁场等,以及RLCG寄生参数矩阵等参数,还可以对定制化电缆模型进行参数化和优化设计。