专业电机设计与电磁分析软件Magneforce介绍

2013-08-09  by:广州有限元培训实践中心  来源:仿真在线

专业电机设计与电磁分析软件Magneforce介绍

Magneforce是专业的电机设计与电磁分析软件,其完全面向电机设计工程师,不需要电机设计工程师了解有限元,只要电机设计工程师能够独立进行电机设计工作,即可应用Magneforce快速进行精确的电机设计与电磁分析工作。

有限元在线——北京怡格明思工程技术公司,一直专注于有限元分析技术研究与应用,致力于为企业提供高水平的有限元分析咨询服务、有限元技术培训服务以及相关有限元分析软件的代理服务。自2001年成立以来,北京怡格明思工程技术公司利用其知识和经验,已经成功地为航天航空、汽车、船舶、兵器、铁路以及电子电器等行业的重要客户完成了其所要求的项目分析咨询服务和相应的培训服务,帮助客户改进了产品设计、提高了产品性能,同时也节省了材料、节约了原本需要多次实验的大量资金。

北京怡格明思工程技术有限公司于2006年4月8日与美国MagneforceSoftwareSystemInc.签署战略合作协议,本文将详细介绍其在中国地区独家代理的专业电机设计与电磁分析软件——Magneforce。

二、Magneforce软件

MagneForce提供了旋转电机及其驱动系统的完整解决方案,在一个仿真平台上实现了电机建模、磁场有限元计算和驱动电路的数字模拟,高效、快捷、准确且全面分析逆变器供电电机系统动、静态性能,不仅为旋转电机设计、优化提供了条件,还有助于提升企业的整体技术水平。另外,还与国际接轨,与控制器设计相结合,能更好地优化系统品质、提高产品档次。

Magneforce软件包括5个模块,分别为:BLDC,可以进行无刷直流电动机、永磁同步电动机和异步起动永磁同步电动机等设计分析;GenAC,可以进行电励磁同步发电机、永磁同步发电机等设计分析;BCPM,可以进行电刷换向直流电动机、有刷永磁直流电动机和单相串励电动机等分析;Indu,可以进行单相感应电动机、多相感应电动机等分析;SRM,可以进行开关磁阻电机的设计分析。

Magneforce系列软件除包含了电机本身的设计经验之外,采用基于时步法(Time-stepping)的有限元(FEA)和电路(SPICE)耦合分析,从而更准确地对电机的电磁场和控制系统的性能进行分析与评估。时步法是当今国际电工领域公认的计算电磁场的最佳方法,而耦合的有限元和电路分析能够确保对电机的电磁场进行更精确和快速的计算分析。Magneforce的主要技术特点如图2所示。

MagneForce采用目前世界上电机设计领域最理想的时步有限元法,并专为电机设计而做了优化,集成了电机设计、驱动控制电路和驱动控制算法,提供详实、可信的集总参数和实时磁场计算结果。

MagneForce的主要驱动控制算法包括:根据转子位置的电压开关式开环控制;根据转子位置的电压斩波式开环控制;根据转子位置的电压斩波式电枢电流(有效值或平均值)闭环控制;根据转子位置的电压斩波式母线电流(有效值或平均值)闭环控制;根据转子位置的电压斩波式电枢电流(有效值、平均值或瞬时值)限幅控制;根据转子位置的电压斩波式母线电流(有效值、平均值或瞬时值)限幅控制;根据转子位置的任意谐波注入电压PWM开环控制;根据转子位置的任意谐波注入电压PWM电枢电流(有效值或平均值)闭环控制;根据转子位置的任意谐波注入电压PWM母线电流(有效值或平均值)闭环控制;根据转子位置的任意谐波注入电压PWM电枢电流(有效值、平均值或瞬时值)限幅控制;根据转子位置的任意谐波注入电压PWM母线电流(有效值、平均值或瞬时值)限幅控制;根据转子位置的任意谐波注入电流滞环控制;根据时间的固定脉宽固定频率方波电压开环控制。

MagneForce提供的集总参数以数据列表和图形曲线方式给出,并且能够以文本文件或Excel文件方式导出计算数据和曲线数据的傅立叶分析结果。

MagneForce提供手动激励和运行过程电磁场结果,并能够将分析结果导出。网格划分结果和气隙磁密。

MagneForce采用受控的自适应网格剖分技术和完全自动化的电磁场后处理技术,对用户有限元知识的需求降到了最低,用户几乎无需任何有限元知识即可在MagneForce平台上获得直观的场分布结果。同时,MagneForce通过一些控制参数实现了受控的有限元计算过程,满足部分高端用户的需求。

MagneForce具有3种网格控制方式。

①全局网格控制——缺省网格边长控制。

②边界与交界节点分布控制——次要节点布局控制。

③网格密度与有限单元次数控制——实时快速网格加密控制。

MagneForce采用一致的对象驱动型的用户界面,方便用户以最快的速度掌握软件所有的模块。所有模块都采用5个面板组织仿真过程。

Magneforce以面板、选项卡和弹出窗口组成一致的用户界面。

MagneForce采用参数化的建模方式,整个建模过程与资深电机工程师熟悉的磁路法软件一样方便快捷。图12中左边所示为磁路法电机设计软件的流程,右边所示为MagneForce电机设计软件的流程。

MagneForce集成了丰富的工程模板,为用户的设计提供可资借鉴的经验和灵感。无槽双凸极开关磁阻电机、外转子式多极少槽永磁同步电机、带阻尼笼的电励磁凸极发电机、无槽内置式转子永磁同步电机、磁极分块转子电机和不均匀气隙永磁直流电机。

MagneForce具有第三方软件接口,可以提供数字样机,为用户与系统集成商的合作提供技术支持。

MagneForce采用开放的、不断更新的材料库,每一种材料都有完备的电磁特性曲线和物理特性参数描述,使软件的计算结果更贴近工程实际。永磁材料、软磁材料——磁化曲线以及软磁材料——不同频率下的铁损曲线。

MagneForce融合了很多工程性很强的特色参数和计算项目,方便用户更全面地处理工程实际问题。

◎绕组张紧系数、磁钢外伸长度、机壳外伸长度、轴向磁钢分段、周向磁极分段、Bi-Filar绕组、退磁预估、曲线数据的傅立叶分析、驱动电源的任意谐波注入、手动任意磁场激励、铁耗分布以及偏心磁极。

◎BLDC:齿槽转矩、增量电感和理想驱动电源。

◎GenAC:齿槽转矩、不平衡状态仿真、短路故障状态仿真和电子负载。

◎BCPM:电刷火花模型、齿槽转矩。

◎Indu:起动过程计算。

◎SRM:齿槽转矩、单相励磁时的转矩和磁链。

另外,MagneForce还集成了电机的热网络模型,可计算电机的稳态温升和瞬态温度场分布。

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