MotorSolve使用指导.docx
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MotorSolve使用指导
MotorSolve使用指导
海基科技
1MotorSolve界面
主要包括电机管理面板、参数输入面板以及显示窗口。
电机管理面板主要包括命令栏、设计栏、结果栏以及材料栏。
定子和转子模板都是采用参数化，以方便用户灵活的使用。
这样就产生了许多额外的参数来描述模型的几何尺寸。
例如，定子模板中就有外直径、内直径、槽深以及铁轭深四个参数，然而我们只要其中三个参数就可以描述定子尺寸，改变三个参数中的任何一个，第四个参数就会相应得做出变化。
另外，如果所有的参数都被赋值，法则是最近做出更改的参数具有优先权。
1、有时候当参数发生变化时，会出现错误提示框，表示不能收敛或者违反了规则。
2、转子直径的变化会影响定子内径的变化，反之也一样，这是为了保持一定的气隙高度。
3、改变电机的外直径将会放大或者缩小整个电机。
命令栏
包括新建一个工程、打开、保存、另存、退出以及帮助等。
设计栏
设计栏包括总体设计、转子设计、定子设计以及线圈绕接方式设计四大部分。
总体设计
设置电机主要参数，电机定子和转子的类型等。
1、名称
2、电机相数
3、电机极数
4、电机槽数
5、电机外直径
6、气隙高度
7、叠片长度（stacklength）：
电机纵向长度
8、转子类型
9、定子类型
10、单位设置
11、显示平滑设置
转子设计
转子共包括11种类型，下面对其进行详细介绍：
1、面置径向冲磁永磁体（Surfacemountedwithradialmagnets）
主要包括以下几个参数：
A、core核心参数，指定转子铁心的高度；
B、diameters直径，指定转子的内径和外径；
C、fillets切片，magnettipradius：
永磁体外表面角的圆半径（使尖角圆弧化）；
D、general大体参数
Skew斜槽、skewangle斜槽角度、numberofmagnetsperpole每极下磁铁个数、temperature温度、rotormaterial转子材料、magnetmaterial永磁体材料。
E、magnet永磁体参数
magnetangle永磁体圆弧的角度：
Magnetgapangle两块永磁体之间气隙的角度：
magnetthickness永磁体厚度：
2、面置平行冲磁永磁体（Surfacemountedwithparallelmagnets）
主要包括以下几个参数：
A、core核心参数，指定转子铁心的高度；
B、diameters直径，指定转子的内径和外径；
C、fillets切片，magnettipradius：
永磁体外表面角的圆半径（使尖角圆弧化）；
D、general大体参数
Skew斜槽、skewangle斜槽角度、numberofmagnetsperpole每极下磁铁个数、temperature温度、rotormaterial转子材料、magnetmaterial永磁体材料。
E、magnet永磁体参数
magnetangle永磁体圆弧的角度、Magnetgapangle两块永磁体之间气隙的角度、magnetthickness永磁体厚度、
magnetwidth永磁体宽度：
3、内置永磁体辐条式（Spokewithembeddedmagnets）
主要包括以下参数：
A、core核心参数
corebridge核心桥宽，具体如下图：
Mid-corehubthickness核中心厚度：
Mid-magnethubthickness永磁体中心处核厚度：
Slitdepth裂缝深度：
Slitinsetbottom裂缝底部深度：
Slitinsettop裂缝顶部深度：
Slitwidth裂缝宽度：
B、diameters直径，指定转子的内径和外径；
C、fillets切片，Coreinsetradius：
放置永磁体的槽外表面角的圆半径（使尖角圆弧化）；
D、general大体参数
Skew斜槽、skewangle斜槽角度、numberofmagnetsperpole每极下磁铁个数、temperature温度、rotormaterial转子材料、magnetmaterial永磁体材料。
E、magnet永磁体参数
Magnetinnergap永磁体与hub的距离：
Magnetoutergap永磁体与corebrige之间的距离：
magnetthickness永磁体厚度；
magnetwidth永磁体宽度。
4、非内置永磁体辐条式（Spokewithnon-embeddedmagnets）
主要参数：
A、core核心参数
corebridge核心桥宽、Mid-corehubthickness核中心厚度、Mid-magnethubthickness永磁体中心处核厚度、Slitdepth裂缝深度、Slitinsetbottom裂缝底部深度、Slitinsettop裂缝顶部深度、Slitwidth裂缝宽度；
B、diameters直径，指定转子的内径和外径；
C、fillets切片，Coretipradius：
放置永磁体的槽外表面角的圆半径（使尖角圆弧化）；
D、general大体参数
Skew斜槽、skewangle斜槽角度、numberofmagnetsperpole每极下磁铁个数、temperature温度、rotormaterial转子材料、magnetmaterial永磁体材料。
E、magnet永磁体参数
Magnetinset永磁体与hub的距离、magnetthickness永磁体厚度、magnetwidth永磁体宽度。
5、非内置面置拱形永磁体式（Bread-loafwithnon-embeddedmagnets）
6、内置横向永磁体式（IPMwithlateralmagnets）
7、内置曲形永磁体式（IPMwithcurvedmagnets）
8、内置插入横向永磁体式（IPMwithinsetlateralmagnets）
9、内置倒角栅栏永磁体式（IPMwithangledbarrier）
10、内置V型栅栏永磁体式（IPMwithV-shapedbarrier）
11、内置可变方向永磁体式（IPMwithvariableorientationmagnets）
定子设计
根据定子槽形，定子包括9种类型。
下面对其进行详细说明：
1、square方槽
主要参数如下：
A、Diameters直径参数
backirondepth后部铁轭深度：
innerdiameter内径：
outerdiameter外径：
B、Fillets切片
Bottomshaftradius槽底轴半径：
Toothtangradius齿顶点半径：
Topshaftradius槽底部角半径（圆弧化）：
C、general大体参数
Skew斜槽、skewangle斜槽角度、numberofmagnetsperpole每极下磁铁个数、temperature温度、rotormaterial转子材料、coilmaterial线圈材料。
D、定子齿参数
Bifurcationradius齿上分槽半径：
Shanklength齿骨长度：
Slotarea槽面积；
Slotdepth槽深：
Toothgapangle两齿之间的角度：
Toothgapwidth两齿之间距离：
Toothtangangle：
槽底与齿靴斜面夹角：
Toothtangdepth齿靴高度：
Toothwidth齿宽：
2、round圆槽
3、ParallelTooth平行定子齿
4、GeneralSquare普通方槽（顶窄底宽，与方槽相反）
5、GeneralRound普通圆槽
6、ParallelSquare平行方槽
7、ParallelRound平行圆槽
8、Parallel平行槽
9、Slotless无槽
绕组设计
所谓“绕组”，是指一些按一定的规律连接起来的线圈的总和。
绕组通电后，与转子磁钢所产生的磁场相互作用，产生力或转矩驱使转子带动外负载一起转动（其大小和方向可由左手定则确定），从而决定了电动机的运动过程。
转子磁钢转动后，其磁力线反过来又切割定子绕组，在定子绕组中产生感应电动势，反过来又影响电动机内电动势的平衡关系。
可见通电绕组和磁场之间的相互作用，是电动机内部机电能量转换的主要媒介。
绕组的具体结构和连接方式对机电能量转换过程、感应电动势、电路参数和电磁转矩等基本问题有重要的作用。
在直流无刷电机中，绕组又分为单层绕组和双层绕组。
每个槽内放置一个绕组边时，称为单层绕组；每个槽内放置两个绕组边时，且分为上、下层时，称为双层绕组。
双层绕组一般都采用短距绕组，其节距y在
左右，以使其5次和7次谐波的影响同时削减到比较小，这样既改善了电动机的电磁性能，又可节省材料（因为绕组的端部接线缩短了）。
主要参数如下：
1、general大体设计参数
A、Layoutmethod绕接方法：
分为自动和手动两种方法；
B、Endwindingresistance每相绕组端部电阻（单位欧姆）；
C、Endwindinginductance每相绕组端部电感（单位亨特）；
D、Numberofparallelpaths并联支路数；
E、Wiresizemethod电磁线尺寸设置方法：
指定电磁线面积的计算方法（每相绕组winding由W个线圈coil串并联组成，每个线圈由放置在不同的两个槽里面的导体端部连接生成，每个槽里有N匝导体conductor，每个导体由M条电磁线strand并绕而成）
①Fillfactor槽满率，指定不包含绝缘的导体截面积相对于不含衬垫的槽的面积；
②Strandarea电磁线截面积；
③Stranddiameter电磁线直径；
④AWGnumber美国标准线规；
⑤SWGnumber英制标准线规；
⑥MWGnumber，theMetricWireGauge；
⑦Rectangular矩形电磁线；
⑧Numberofstrandsinhand并绕线数，即形成一个导体的电磁线并绕根数；
2、Layout:
Automatic绕接方式：
自动
A、Windingtype指定同一相的绕组如何交叠，有两种方式：
①Lap叠绕组
②Concentric同心绕组
B、Coilspan线圈的跨距（第一节距）
C、Numberoflayers槽中线圈的层数（单层和双层）
D、Numberofcoilsperset：
线圈组（极相组），把属于同一个极下同一相的所有线圈串联在一起成为一个极相组（线圈组）；
E、Phaseoffsets两相开始槽距离（槽数）
F、Layout绕组设计
G、Numberofturns匝数
3、Layout:
Manual绕接方式：
手动
A、PhaseBoffset
B、PhaseCoffset
C、NumberofphaseAcoils
D、NumberofphaseBcoils
E、NumberofphaseCcoils
F、LayoutofphaseA
G、LayoutofphaseB
H、LayoutofphaseC
4、ViewingOptions（Chart）图表显示选项
A、Chartdisplay图表显示
BackEMF反电动势
反电动势谐波分析
绕组因数（短距因数和分布因数的乘积），绕组因数较低，对电机的感应电动势及基波磁动势削弱较多，因此，绕组因数越高越好。
B、Effectivepoleangle：
有效磁极电角度，永磁体磁极的有效宽度（电角度），其值>0<=180，它与实际磁极电角度的比值为计算极弧系数。
5、ViewingOptions（Model）模型显示选项
A、Phasestodisplay
B、Animation
6、右图显示窗口
A、Windingfactors：
绕组因数，各相的平均值，本处显示的是基波分量的绕组系数；
B、Angularspread：
角展度，当采用自动绕组连接时，将会有多种绕组连接方式，Angularspread用来评估这些方式的绕组的质量；具体意思：
当槽#1的电流是峰值时，假设转子上的某一点对应槽#1的中心，当转子旋转时，对应于槽#1的这一点将会路过其他的槽，此时，每个槽里面的电流理论上也将分别出现峰值。
每个槽的Angular误差就是槽里面实际电流相位和理想电流相位之差。
Theangularspread就是所有槽的Angular误差的最大值和最小值的差。
C、Conductorarea：
槽中导体的面积；
D、Fillfactor：
槽满率。
结果栏
Coggingtorque
Transient
analysis
PWM
analysis
D-Q
analysis
Lumpedparameters
Airgapflux
原理
1、如果将瞬态分析中Peaklinecurrent设置为零，也可得到齿槽转矩；
2、如果将PWM分析中的Setpointlinecurrent设置为零，也可得到。
特点
快捷得到齿槽转矩
曲线
显示
形式
1、瞬态
2、平均
3、谐波含量的幅值
4、谐波含量的相位
1、瞬态
2、平均
3、谐波含量的幅值4、谐波含量的相位
1、磁密
2、谐波含量的幅值
3、谐波含量的相位
纵坐标
齿槽转矩
1、energy磁储能
2、coenergy磁共能
3、torque转矩4、energyderivative
5、inputpower输入功率6、outputpower输出功率7、ohmicloss欧姆损耗8、ironloss铁芯损耗9、totalloss总损耗10、windingvoltage绕组电压11、line-linevoltage12、windingcurrent13、linecurrent14、fluxlinkage
1、torque转矩2、energyderivative3、inputpower输入功率4、outputpower输出功率5、loss损耗6、windingvoltage绕组电压7、linevoltage8、line-linevoltage
9、windingcurrent
10、linecurrent
11、backEMF
12、fluxlinkage
1、torque转矩2、inputpower输入功率3、outputpower输出功率4、loss损耗5、efficiency效率6、powerfactor功率因数7、Vp电压峰值8、Vd直轴电压9、Vq交轴电压10、Ip电流峰值
11、Id直轴电流12、Iq交轴电流13、Phi磁通峰值14、Phi_d直轴磁通15、Phi_q交轴磁通16、momentofinertia转动惯量
1、Ld直轴电感
2、Lq交轴电感
3、Xd直轴电抗
4、Xq交轴电抗
5、Rs定子绕组电阻
6、Phi_m零轴电流磁通
7、Phi_d直轴磁通
8、Phi_q交轴磁通
9、momentofinertia转动惯量
气隙磁密
横坐标
电角度
机械角度
时间
1、不同的设计方案
2、导通超前角
3、转速
1、不同的设计方案
2、电流有效值
3、导通超前角
4、转速
1、不同的设计方案
2、电流有效值
电角度
机械角度
Coggingtorque齿槽转矩
ØNumberofdatapoints，数据个数，值越大，时间越长；
ØSpeed/Accuracytradeoff速度/精确度权衡
Transientanalysis瞬态分析
瞬态分析远比pwm分析精确，它采用时步有限元法进行求解，可以考虑材料的非线性。
然而他假设电机连接在理想的电流源（例如没有电压限制），这种情况是不现实的，特别是在高速运行时。
还有就是瞬态分析计算时间比pwm计算时间要长，所以，转速和超前导通角的曲线不易得到因为要消耗很多的时间。
这种分析方法能很好的验证pwm分析结果：
当将pwm分析中的仿真类型从“PWM三相桥式”变为“DC驱动”，此时pwm分析中输入电机的电流波形和瞬态分析中电流波形是一致的。
1）Displaymethod显示方法
Ø瞬时
Ø平均
Ø幅值谐波分析
Ø相位谐波分析
2）Resultquantities结果种类
A、瞬时B、平均
C、幅值谐波分析D、相位谐波分析
主要显示的结果有：
energy磁场储能、coenergy磁共能、torque转矩、energyderivative（dUm/dt）等等。
3）Phasestodisplay
4）Designs：
设计方案；
5）Drivetype驱动方式：
分为正弦波和六脉冲波
6）Connectiontype连接方式：
分为星型和三角型连接
7）Peaklinecurrent线电流峰值
设定线电流峰值（安培），例如三角形连接绕组，对于正弦波驱动，线电流峰值是相电流峰值的
倍；对于六脉冲驱动，线电流峰值是相电流峰值的3/2倍。
注意：
同超前导通角一起共同决定线圈电流的幅值和相位。
8）Advanceangle超前导通角
定义定子磁通超前转子q轴的电角度。
9）Rotorspeed转子转速（rpms每分钟转速）；
10）NumberofFEApoints：
定义有限元分析中点的个数；它和下面的周期的乘积决定计算结果数据的个数；
11）Periodicity周期，定义计算转矩波形的长度，以占一个电角度周期中多少来表示（最大为6），如果忽略铁芯损耗，默认值为6，如果不能忽略铁芯损耗，默认值为1；如果周期大于1，则
12）Numberofharmonics谐波次数
13）Ignoreironloss忽略铁耗
14）Speed/Accuracytradeoff速度/精确度权衡
PWManalysispwm分析
Pwm分析方法是功能非常强大的一种分析方法，他模拟电机连接到三相桥式电路。
Pwm分析方法的局限性：
理解pwm分析原理有助于避免错误结果，因为相对于转速来说，pwm的频率相当高，所以采用时步有限元法不是很实际。
因此采用其他算法代替，即电机模型由很多小的有限元分析方法完成，模型采用三相桥式电路和电流逻辑控制，模型可以考虑磁饱和特性，然而由于模型是线性的，因此某些饱和特性不能观察。
结果的准确性通过瞬态仿真进行验证。
采用pwm分析的电机模型的准确性可以在一定程度上进行控制，电机模型包含以下三个基本特性：
i.Back-EMF反电动势
ii.CoggingTorque齿槽转矩
iii.InductanceMatrix电感矩阵
前两个参数可以通过增加Numberofback-EMFharmonics来提高准确度，因为有限元法可以充分考虑磁场饱和情况；电感矩阵可以通过增加Numberofinductanceharmonics来提高精度，但是模型是假设磁通随着线圈电流线性变化的，而实际上并不是线性变化的。
由于电流增加而引起的饱和现象依然可以通过FEAcurrent（默认等于Setpointlinecurrent）来考虑。
当观察Time-averaged平均或Harmonic谐波内容的结果时，我们首先需要确定瞬态电流是否已经达到稳定状态；如果没有，增加Numberofperiods这个参数以延长仿真时间。
只有最后一个周期才是对Time-averaged平均或Harmonic谐波内容有用的。
当开关频率非常高时，仿真将需要非常多的采样点，因此，参数Maximumnumberofsamplepoints需要增加。
实际电压和能量波形都含有高频浪涌分量，很难通过瞬态曲线来表达他们。
对于这些参数，可以通过设置Smoothinginterval滤波时间间隔这个参数来近似得到他们。
例如：
通过它可以得到如下结果：
b）转矩—速度曲线
i.Displaymethod=“Time-averaged”
ii.Resultquantities=“Torque”
iii.Abscissa=“Rotorspeed”
iv.Rotorspeed（s）=“100,1800,100”--（Type=Range）
2）某一转速下的反电动势
i.Displaymethod=“Instantaneous”
ii.Phasestodisplay=“A”
iii.Resultquantities=“BackEMF”
iv.Rotorspeed（s）="1800"
3）某一转速下的电流
i.Displaymethod=“Instantaneous”
ii.Phasestodisplay=“A,B,C”
iii.Resultquantities=“Linecurrent”
iv.Rotorspeed（s）="1800"
4）某一转速下转矩谐波分析
i.Displaymethod=“Harmoniccontent”
ii.Resultquantities=“Torque”
iii.Rotorspeed（s）="1800"
5）某一转速下，转矩和导通超前角之间的曲线
i.Displaymethod=“Time-averaged”
ii.Resultquantities=“Torque”
iii.Abscissa=“Advanceangle”
iv.Advanceangle（s）=“0,90,5”--（Type=Range）
v.Rotorspeed（s）=“1800”
参数如下：
15）Displaymethod显示方法
16）Resultquantities结果种类
17）Phasestodisplay显示哪一相
18）Designs设计方案
19）Abscissa横坐标，主要针对displaymethod中的time-averaged
20）Simulationtype：
Directcurrentdrive可与瞬态仿真作对比；默认为PWM3-phasebridge三相桥式电路；
21）Drivetype驱动方式：
分为正弦波和六脉冲波
22）Connectiontype连接方式：
分为星型和三角型连接
23）Setpointlinecurrent设
升级会员 