电机的计算机辅助分析CAD-Computer Aided Design它具有：科学计算、图形处理、数据库三大功能科学计算：电磁方案分析计算 电磁场分析计算 电机优化设计图形处理：进行图形生成和变化、分析 绘制零件图和总装配图 各种曲线的处理硕士研究生A课件1 电机设计与CAD电机设计方法：任务设计方案常规的计算和作图（费时、费力）2 电机CAD系统的组成一、CAD系统的基本类型（1）计算型 给定设计初始数据，利用分析程序进行计算，或调用综合设计程序和优化设计程序寻找理性的设计方案。（2）交互型 主要是利用图形，充分发挥设计者的创造性。硕士研究生A课件（3）检索型 库中存有设计好的标准电机，调用即可。二、CAD系统的软件（1）系统软件 DOS系统、UNIX系统。（2）应用软件 VB语言编写的、FORTRAN语言编写的电磁计算程序。 ANSYS、ANSOFT等公司的电磁场计算软件。 硕士研究生A课件（3）支撑软件 有限元分析及前后处理程序包 优化程序包 几何造型软件 设计绘图系统和绘图软件包常用CAD软件三、电机设计时通常的给定数据额定功率PN、额定电压UN、相数、连接方法、频率、同步转速、四、电机的性能指标启动电流倍数、启动转矩倍数、最大转矩倍数、过载能力、效率、硕士研究生A课件不同的电磁场分析方法ElectromagneticAnalysisAnalyticalTechniquesNumericalTechniquesIntegralEquationsDifferentialEquationsBoundaryElementFinite DifferenceFiniteElementScalarPotentialVectorPotentialComponentsOf H Field硕士研究生A课件泊松方程：磁场能量：麦克斯韦方程的微分形式：电磁感应定律：全电流定律：磁通连续定律：高斯定律：硕士研究生A课件电机的有限元分析方法 有限元分析过程大致如下：1、从所考察的磁场边值问题出发。利用变分原理，把问题化为等价的条件变分问题，即能量泛函的求极值问题。2、将定解区域剖分为一系列子区域（即单元剖分）。3、选取分片光滑的插值函数去逼近求解区域内光滑的磁位函数。4、把磁位的插值函数代入能量积分，对变分问题进行离散化处理，得到以n个节点磁位为未知数的n阶线性代数方程组。5、求解线性代数方程组，得到节点磁位的数值近似解，并由此算出各个单元和节点的磁感应强度值。硕士研究生A课件 一、剖分：硕士研究生A课件硕士研究生A课件边界条件确定：求解函数选择：1、标量磁位 。2、矢量磁位 。1、第一类边界条件。2、第二类边界条件。3、周期性边界条件。硕士研究生A课件求解区域确定：硕士研究生A课件电机内稳态磁场的计算有限元计算步骤：5. 设定求解内容2. 建立模型3. 添加材料4. 添加边界条件，设定激励条件1. 选择运算方式6. 求解7. 求解结果后处理硕士研究生A课件Start Field SolutionGenerate InitialMeshCompute FieldPerform Error AnalysisHas Stopping Criteria been met?Refine MeshNoStop Field SolutionYes硕士研究生A课件硕士研究生A课件硕士研究生A课件1 求解模式确定稳态电场、磁场有限元计算瞬态电场、磁场有限元计算稳态电场、磁场参数的有限元计算热力场涡流场一、确定求解模式硕士研究生A课件Slover: 硕士研究生A课件二、确定求解坐标平面硕士研究生A课件硕士研究生A课件2 建立模型硕士研究生A课件一、画出电机的结构模型硕士研究生A课件硕士研究生A课件定子硕士研究生A课件硕士研究生A课件二、对电机中相同的部分进行分类定子绕组转子绕组永久磁极转子导条硕士研究生A课件8极电机硕士研究生A课件12极电机硕士研究生A课件3 确定各部分材料硕士研究生A课件4 给电机施加边界条件和激励一、加边界条件二、加激励1、加电流激励稳态计算、参数计算时均加电流激励2、加电压激励 进行瞬态计算时加电压激励，可以加正弦交流电压，也可以加任意函数电压，如电压可以使位置或速度的函数 可以不考虑集肤效应，也可以考虑集肤效应硕士研究生A课件硕士研究生A课件硕士研究生A课件硕士研究生A课件SolidStranded60 Hz600 Hz1200 Hz硕士研究生A课件V1V3V4V2S1S2S3 S4ABCDUDC图11 仿真所加外电路图3、也可以加外加电路硕士研究生A课件 4、加激励过程中包括对绕组进行设置 若绕组有外加电容或电阻等也可加入。硕士研究生A课件对绕组端环的处理硕士研究生A课件5 确定求解量一、力、转矩二、参数 包括自感系数、互感系数的计算硕士研究生A课件6 确定求解条件自动或手动剖分求解器选择求解误差的选择求解步长的选择动态计算过程中还要确定其机械参数包括初速度、质量或转动惯量的设置、阻尼的设置、负载的设置硕士研究生A课件7 求解一、稳态解二、瞬态解硕士研究生A课件8 求解结果后处理一、图形后处理二、数据后处理硕士研究生A课件稳态场求解 只能求解电机在恒定电流作用下某瞬时的磁场分布、电磁力、电磁转矩、电机参数 电机磁场分布图、磁通密度波形等硕士研究生A课件图2 4相14极电机结构图定子绕组定子铁心永久磁极机壳轴硕士研究生A课件图6 空载时气隙磁密绝对值沿圆周分布机械角度（0）气隙磁密B机械角度（0）电磁转矩图9 数值分析法所得A、B相绕组分别通恒定电流时电机的静特性电机的电磁转矩硕士研究生A课件电机稳态连续参数的求解 建模与电机的静态出计算相同，能求解电机在恒定电流作用下不同瞬时的磁场分布、电磁力、电磁转矩、电机参数 与静态计算相比较，实际上是以下计算了电机不同位置或在不同的电流作用下，或二者均变化时电机内的磁场分布、电磁力、电磁转矩、电机参数同时还可对其变化过程进行演示计算过程中按变化计算硕士研究生A课件电机动态过程的计算硕士研究生A课件硕士研究生A课件硕士研究生A课件硕士研究生A课件硕士研究生A课件硕士研究生A课件图12 仿真计算结果时间（s）电 流（A）时间（s）转 矩（N.m）时间（s）转 速（ r/min）时间（s）转 角（0）硕士研究生A课件电机设计（路的方法）硕士研究生A课件硕士研究生A课件硕士研究生A课件硕士研究生A课件硕士研究生A课件硕士研究生A课件