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基于Ansoft的电机仿真分析
作者：李世伟
来源：《商情》2011年第09期
【摘要】根据电机原理和结构特点，利用Ansoft公司的Maxswell系列软件的高精度仿真计算能力，建立电机的仿真模型，对电机性能仿真模拟。最终通过仿真结果来修正部分参数以及参数优化设计，为电机设计提供便利条件。 【关键词】电机性能 仿真模拟 优化设计 【中图分类号】 O44 【文献标识码】A 1引言
设计过程中，为了减少试验次数，降低开发成本，缩短开发周期，提高产品设计质量，设计人员需要一种能对所做的设计进行快速、精确评价分析的工具，而不在仅仅依靠以往积累的知识经验及实验验证[1]。Ansoft系列软件高精度计算能力使得仿真结果与实际试验结果具有一致性。本次采用Rmprxt和Maxwell相结合进行仿真。Rmprxt直观的界面能方便的输入定子、转子、和铁芯的几何形状、绕组结构、材料特性和机械负荷类型的电动机专门数据、快速得到在稳态，无负荷，全负荷，额定工况电流、转矩和效率曲线图和参数。同时能自动确定最小几何槽型，为绕组选择合适的线径，能Maxwell结合而作为有限元分析的前处理器[2]。将它作为设计人员的工具，可以分析电机固定参数设计的合理性，电机动态过程，电机参数的精确性。设计人员可以快捷地实现“设计-校核-再设计”，为电机设计提供良好的平台。本文对一个三相异步电机建模、仿真，并分析其性能。 2建模与仿真 2.1有限元模型建立
在RMxprt环境下对电机数据输入，并计算。然后利用Maxwell并根据计算结果自动生成有限元模型。有限元建模以及计算的步骤如下[3]： （1）生成有限元模型。 （2）确定电机材料属性。 （3）设立边界条件和外激励条件。
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（4）确定动态参量。 （5）设定求解内容。 （6）求解和结果后处理。
输入和计算所得到的电机主要参数如表1所示。 根据计算结果自动生成的电机有限元模型。 2.2基本性能参数仿真结果
建立有限元模型后，根据不同的仿真目标选择计算正确算法，边界条件，外激励条件等内容的选择。这一过程中要确保选择的条件与实际近似，不然结果将出现偏差。本次将以效率、输出功率、输出转矩，综合特性等基本性能作为目标进行模拟计算，并得到各自的特性曲线，分别如图1、2、3、4所示。
通过仿真计算得到的曲线分析电机性能。从本次仿真的结果来看，该电机效率，功率，转矩值较大的时候所对应的转速区域较窄且转速高，从而使得该电机维持在高效，大功率，大转矩或者附近工作的机会较少，会造成电机工作损失能耗加大，效率低。设计人员根据结果和设计你要求对参数改进，使电机性能尽量达到最优。 2.3其他性能仿真计算
上述模拟了一些基本性能，只能反映电机最基本的特性。电机在特殊工况下的诸多性能直接影响电机工作的稳定，使用寿命，故障率等。Ansoft二维和三维有限元电机设计分析和优化软件可以进行基于参数的电机设计方案探索、比较，电机静态和动态分析 电机参数计算，电机故障软件模拟分析-如导条断裂、绝缘击穿，异步电机,无刷电机等在变频器供电下(非正弦供电)下的特性分析，电机驱动电路与有限元的耦合仿真，在考虑材料非线性等情况下解决关如下问题，如：转矩脉动、损耗、温升、转矩、转速特性、效率[2]。本次采用突然加载这一特殊工况来考察分析电机的性能变化特点。考虑突然加载这一特殊工况，电机须有较大感应灵敏度和承受能力，需对气隙调整，通常的做法是在定转子气隙处加入钢套。空载运行1.5后突然对电机加满载后，一些性能计算结果如下。
本过程实施了突然加载下的转矩，转速，电流，电压等的仿真计算，通过这一过程可以考察电机特殊工况下的反映能力，快速达到稳定工作状态的能力。 3结论
利用Ansoft系列软件成功对电机进行路得方法计算，利用计算结果生成有限元分析模型，在此模型的基础上对电机的基本参数如；功率，转速，效率进行仿真分析，对仿真结果提
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出建议。考察电机在突然加载情况下，到达稳定工作状态下部分参数随时间的变化特点，反映了电机特殊工况反应能力，适应能力。掌握了Ansoft软件各模块的功能和利用它搭建电机设计快速校核的平台过程，为电机设计提供指导。 参考文献：
［1］ 袁显举.基于Hyperworks软件的轿车刚性碰撞有限元分析 [J].中国科技论文在线精品论文，2009，2(17)：1803～1806. ［2］ http://www.ansoft.com.cn/
［3］ 黄越等.基于Ansoft 的永磁交流伺服电动机转矩波动分析 [J].电气技术，2008，4. 注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文