Ansoft瞬态磁场计算未考虑外电路docWord格式文档下载.docx
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3.2SetupSolution
3.3SetupSolution
3.4计算结果
4、考虑铁耗的计算结果
4.1铁耗计算设置
4.2额定负载时考虑与不考虑铁耗时的比较
4.3负载很小时的比较
4.3.1考虑铁耗时
4.3.2不考虑铁耗时
5、Maxwell与RmxPrt计算结果比较
5.1磁密及额定值比较
5.2额定转速时永磁相电势比较
5.3气隙磁密分布
6、其他心得
以16极36槽调速永磁同步电动机为例进行分析电机的瞬态场计算，电机由RmxPrt开
始，并将该模型加到MAXWELL11中。
RmxPrt的项目为ad_pmsm（MaxwellFile22KB），
Maxwell中的项目为ad_pmsm_fem.pjt。
A_phase绕组源的设置：
（1）选择A相绕组；
（2）使用[Assign]|[Source]|[Solid]；
（3）指定[Solid]为Voltage，[Name]改为A_Phase；
（4）选择[Options]，将源的形式[Constant]改为[Function]；
（5）选择[Function]；
（6）选择[Add]，在函数输入框“=”的左边输入U_Phase_A，“=”的右边输入
350*sqrt（2/3）*sin（360T*50
（显然，B相应为：
350s*qrt（2/3）*sin（T36，0C相应为
350s*qrt（2/3）*sin（T36）0
（7）指定[Done]回到2DBoundary/SourceManager
（8）在[Value]框内输入U_Phase_A；
（9）选择[Strand]；
（10）选择[Winding]，出现[WindingSetup]
指定[PhA]为[Positive]，[PhReA]为[Negative]；
在[Resistance]框内输入相绕组电阻
15.42，在
[Inductance]框内输入绕组端部漏感
0.00112H（在
RMxPrt
中有该值的输出结果）；
在[Totalturnsasseenfromterminal]
框内输入每相串联匝数
684；
在[NumberofParallelBranches]
输入并联支路数
1；
选择[OK]退回
2DBoundary/SourceManager
（11）指定[Assign]------同样给出A_phase、B_phase绕组源的设置
（12）选择[File]|[Save]与[File]|[Exit]，保存并退出边界条件编辑器
（1）选择[ManualMesh]（进行自定义剖分，略）；
在进行完ManualMesh后必需的一步是Mesh/LineMatch，选择主、从边界的边，to
ensurethatthemeshingpointswillmatchattheirmatchingboundaries.Iftheydonnot,youwillreceiveanerrormessageaboutamissingtranscriptfileduringthenormalsolution.
（2）在[SolberChoice]选择中，选Direct
Forproblemwherealloftheboundariesarewelldefined,thedirectsolveristhebestchoice
（3）Transientanalysis
i、Solution:
Startfromtimezero
在开始时，还没有任何解，因此只能选择Startfromtimezero
如果对这个问题已有解，可以选择ContinuePreviousSolution。
问题设置可以以任何方
式改变（除了结构变化），求解从前解结果开始进行。
比如初解的结果终止计算时间为
0.2s，
则在调整问题设置时终止计算时间变为0.4s，并且选择Startfromtimezero，则计算从前面
的0.2s计算结果开始。
ii、TimeStep
TimeStep的大小可以根据一个电机齿距范围内求解点数来确定。
假定电机的转速为
375rpm，电机槽数为
36，电机一个定子齿距的求解点为
10个，则
TimeStep
的确定如下：
375rpm
375rev/60s
1rev/0.16s
1个齿距对应的时间为
0.16/36=0.004444s；
TimeStep=0.004444s/10=0.000444s。
最后确定
为
0.0004s
iii、StopTime
该值关系不大，可以从小值开始，如果电机还没有达到稳定，则可以增大StopTime，
电机的求解可以从前面解的结果开始进行。
iv、ModelDepth=105mm
电机的轴向铁心长度。
注意用2D瞬态场求解时，没有也无法考虑电机的斜槽。
v、SymmetryMultiplier=4
整个电机是求解区域的倍数。
缩小求解区域可以降低求解时间。
（1）从[Object]列表中选择Band，选择[SetBand]
（2）选择[MechanicalSetup]
i）InitialAngularVelocity:
375
给电机的实际运行转速。
如果计算额定转速时的状态，则给额定转速值
ii）MomentofInertia:
0.0012
给电机的转动惯量。
这一惯量值在RMxPrt中已计算出；
实际上电机的稳态性能与
转动惯量没有关系，但在2D瞬态场计算时，如果这一惯量太大，可能导致计算结果发
散。
因此该值一般比RmxPrt的计算值要小（实际计算值为0.009262）。
iii）Damping:
0.0454
由于风阻和其他机械损耗所导致的阻尼，很明显是一个经验值，为了比较路的设
计计算结果，该值应该与RmxPrt中的给定值相同。
iv）LoadTorque:
-19
所要仿真的电机负载转矩，当然可以是额定输出转矩。
这一转矩值以负值形式给定。
进行求解。
进行求解时，可以随时通过refresh观察求解结果，主要观察求解是否收敛。
求解结果见本窗口中[Solutions]中的TransientDate，其中有各种曲线。
可以调整曲线下方的
[Settings]，只看部分时间段曲线形状。
下面的两个图形时2D和RmxPrt得到的相反电动势波形。
可以看出，两者
差别不大。
注意在2D计算中，没有考虑电机的斜槽。
另外，2D计算得到的电
势是时间的函数，可以在2D的后处理中将横坐标由时间变为位置。
在其中可以得到Solve中的所有曲线结果，但在其中可以对这些结果进行分析和计算，其中包括前面的将横坐标变由时间便为位置。
在进行2D计算时，给定输出负载转矩和转速，因此电机的输出功率很容易计算，但是也可通过转矩曲线和转速曲线进行计算。
在EMpulse中，电机的功率
Pout满足下式：
Pout
Pair_gap
FW
其中，
FW，表示机械损耗，
Pair_gap
为气隙功率，由平均转矩（单位
Nm）和转速（单位
rad/second）相乘而得。
转速为375rpm=39.27rad/s。
以下给出平均转矩的计算方法。
1）ChoosePlot/Open,Selecttorque.dat,chooseOK;
2）ChooseTools/CalulatortoaccesstheSignalCalculator;
3）SelectTorque.dat,andchooseCopytocopythetorqueplotintotopofstackofcalculator.
4）ChooseSample,anddefinethefollowingparameters:
Sample:
Time
Specifyby:
Size
Start:
0.2
Stop:
0.3
Size:
1000
5）ChooseOKtoacceptthevaluesandreturntothesignalcalculator.
6）Enter39.27intheName/Constantfield（给定速度）
7）Choose*tomultiplybythespeedinradianspersecond;
8）Choosetheintegratebutton（计算在一段时间内转矩之和）
9）Enter0.1intheName/Constantfield（给计算平均值的时间段：
Stoptime-Starttime=0.1s）
10）Choose“/”tocalculatetheaverage;
11）ChoosePreview.Thelastnumberinthisplotistheaveragevalue（曲线的最后一点就是所求的平均转矩）；
12）Choosemax,（给出所求的平均转矩）：
816.141Nm
因此输出功率为：
Pout=816.141-70=746.141；
由于给定转矩为19Nm，而不
是要求的19.1，因此输出功率不是750W。
电流有效值的数值计算公式：
I
1
N
i2（n）
1）ChoosePlot/Open,Selectcurrent.dat,chooseOK;
3）Selectcurrent..dat:
A_phase,andchooseCopytocopyitintotopofstackofcalculator.
5）ChooseOKtoacceptthevaluesandreturntothesignalcalculator.
6）ChoosePushtoduplicatetheentry;
7）Choose*tomultiplythevalueintopofthestackbyitself（计算i2）;
8）Choosetheintegratebutton（计算在一段时间内i2之和）;
10）Choose“/”tocalculatetheaverage;
11）Choose（进行开方运算）（这一步可以在最后一步进行，计算结果差别不大）；
12）ChoosePreview.Thelastnumberinthisplotistheaveragevalue（曲线的最后一点就是所求
的电流有效值）；
13）Choosemax（得所要求的电流有效值
）：
1.568
相电流的EMpulse计算值为1.568A，RmxPrt的计算结果为
1.539A，两者
差别很小
同样可以计算外加相电压有效值，外加相电压是标准的正弦波，因此该值就是
3501/3V。
一相输入平均功率的数值计算公式为：
PA
u（n）i（n）
1）ChoosePlot/Open,Selectcurrent.dat、v_src.dat（外加三相项电压）chooseOK;
4）ChooseSample,anddefinethefollowingparameters（将A相相电流离散化）:
（此时CalculatorStack中的A相电流表示为：
Sample（Current.dat_phase））
6）将CalculatorStack中的Sample（Current.dat_phase）Load到Loadedsignals中；
7）将CalculatorStack中的Sample（Current.dat_phase）Clrs（删除）；
8）Selectv_src..dat:
9）ChooseSample,anddefinethefollowingparameters（将A相相电压离散化）:
10）ChooseOKtoacceptthevaluesandreturntothesignalcalculator.
11）选中Loadedsignals中的Sample（Current.dat_phase），并将其Copy到CalculatorStack
12）Choose“*”，将上述电压和电流相乘；
13）Choose（积分），将各成绩量相加；
（Choosetheintegratebutton）
14）Enter0.1intheName/Constantfield（给计算平均值的时间段：
15）Choose“/”tocalculatetheaverage;
16）Choose（进行开方运算）（这一步可以在最后一步进行，计算结果差别不大）；
17）ChoosePreview.Thelastnumberinthisplotistheaveragevalue（曲线的最后一点就是所求
的A相输入功率）；
18）Choosemax（得所要求的A相输入功率）：
306.223W
同样可得B相、C相输入功率，因此三相输入功率为：
918.669W，RmxPrt中计算得
到的输入功率为：
942.967W，相差不多。
显然场的计算值较小，这是由于在场的计算中没
有考虑铁耗，如果考虑铁耗（RmxPrt中的铁耗为13.36W），则两者差别更小。
有上的结算结果可以得到EMpulse中计算得到的运行效率为
746.141/918.669*100%=81.2%，RmxPrt计算的效率为79.54，相差不大。
在PostProcessSavedFields中选择任一pjt，选择PostProcess，进入2DPostProcessor。
定义齿部曲线（定义一条包括所有齿的圆弧，以得到电机的最高齿磁密，这一磁密定义
为齿磁密）
Geometry/Creat/Arc
输入弧的原点坐标（x，y）=（0，0），输入弧半径Rad=60，输入弧的张角Ang=90
选择Enter
在Radius中给出弧的半径60，则自动给出StartPoint为（60，0），可以调整改起
始点的坐标，选择Enter。
在NumPoints中给出圆弧点的个数
点开始不是顺时针（是逆时针）；
在
选择Enter。
2000；
不选Clockwise，表示圆弧从前面的起
Angle中给出圆弧角度90；
Name改为Tooth；
注意：
该路径是一圆弧，即得到的齿部磁密分布是沿圆弧的磁密分布，与实际上的齿部磁密分布并不相同，实际的齿部磁密分布应该是沿弦的分布。
绘制tooth中的磁密分布
Data/Calculator，进入FieldCalculator：
：
out0窗口
QTY/B：
定义关于磁密B的后续操作
Geom/Line：
选择tooth，沿线定义B
UnitVec/2D-Normal：
定义发向磁密
Dot
Geom/Line
2DPlot
（横坐标为机械角度、纵坐标为T）
可以看出，齿磁密最大值为1.46T，而RmxPrt计算得到的空载时的齿磁密
为1.635T，可以用EMpulse计算电机空载时的磁密。
对齿磁密来说，只计算径向磁密即可，切向磁密很低。
应首先定义积分路径，然后根据下式计算这一路径处的平均磁密，计算磁密幅值沿路
径的积分，再除以路径的长度，就是平均磁密。
Bdl
Bavg
（1.0）dl
由于积分变量的单位同分母的单位一致，因此在此没有单位的变化问题，同时可以只
计算切向磁密或径向磁密的平均值（见后面的例子）。
i）定义齿
定义齿部路径ab，该路径名字为Line1，如下图所示
ii）计算该齿部的平均磁密
Data/Calculator到fieldcalculato：
Qty/B，选择B矢量，Register中结果如下图
Mag，求B矢量的大小，Register中结果如下图
Geom/Line，选择B的积分线，积分线为Line1。
Register中结果如下图
（Integral），对B幅值沿Line1进行积分，Register中结果如下图
（以上计算出上面计算式中的分子，下面计算分母）
Num/Scalar，给出积分函数1.0，Register中结果如下图
Geom/Line，选择积分函数1.0的积分路径，积分线为Line1。
（Integral），对1.0沿Line1进行积分。
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