425 基于场路结合法的永磁同步电动机设计分析软件

基于场路结合法的永磁同步电动机设计分析软件张蔚,等

中图分类号:TM351TM341文献标志码:A文章编号:1001.6848(2008)11-0023?03基于场路结合法的永磁同步电动机设计分析软件

张蔚,梁惺彦,陆国平,易龙芳

(南通大学,南通226019)

摘要:软件可在界面中输入电机设计参数,然后通过VB对Amys二次开发,利用参数化设计语言APDL,建立电机模型并对永磁同步电机(PMSM)内部电磁场进行计算分析,得到所需要的数据和图形;然后通过场路结合法计算得到电机的工作特性,并且编写与Maflab的接口程序,调用PMSM仿真模型,对电机暂态性能进行仿真。软件系统具有界面友好、操作方便、精确性较高的特点,对电机设计人员有一定的指导意义。

关键词:永磁同步电动机;设计软件;场路结合法;电机设计

ASoftwareforDesignandAnalysisofPMSMBasedonField-circuitMethod

ZHANGWei,UANGXing—yan,LUGuo—ping,YILong—fang

(NantongUniversity,Nantong226019,China)

Abstract:Inthispaper,computeraideddesign(CAD)softwareofPMSMisdrawnup.IntheSoftware,thedesignparametersofPMSM啪Outinthemtefface.ThemodelisestablishedbyAPDLofANSYSandtheelectromagneticfieldiscalculatedanda11al弘硝.Theresultsaregotanddisplayed.TheperformancesofthePMSMa弛calculatedbyfield—circuitmethod.TheinterfaceprogramisestablishedwiththesoftwaretosimulatethetransientcharacteristicofPMSMbyMATLAB.ItissoIIIIe眦越lill铲tomotordesignersbe《?augeofthevirtlles,sucha8friendlyinterface,easyoperationand1110:他accuratecalculatingresults.

KeyWords:Permanentmagnetsynchmnommotor;Designsoftware;Field-circuitmethod;Design

U引置

永磁电机设计中,除了新结构的发明创造外,最重要的是用有限元方法进行磁场计算。为了充分发挥永磁材料的优异性能,永磁电机的结构和传统电机有很大的差别。计算永磁电机性能时,不但不能套用传统的磁路计算方法,而且和一般电机磁场分析也有很大的不同…。本文介绍基于场路结合法的永磁同步电动机设计分析软件,通过对Ansys进行二次开发,编写APDL程序对电磁场进行分析计算得到空载漏磁系数、计算极弧系数等参数,然后代入磁路计算中实现场路结合。这种方法不但简单,而且计算精度也较高¨4J。此外,通过VB调用Maflab/Simulink下永磁同步电机的模型,还可对电机的暂态性能进行仿真分析【5J。1软件系统设计和组成

1.1软件系统设计

场路结合法永磁同步电动机设计与分析软件

收稿日期:2008?Ol-11系统的主框架如图1所示。该软件系统主要通过调用Ansys和Maflab软件,分别进行电磁参数计算和电机的暂态性能仿真。

1.2Ansys电磁场分析模块组成

编写调用Ansys进行电磁场有限元分析的程序是该软件系统的关键部分。程序设计结构流程图如图2所示。主要由前处理参数输入模块、保存参数至APDL文件模块、提交APDL文件给Ansys进行批处理操作模块和计算结果处理模块组成峥J。

(1)前处理参数输入

这一部分为永磁同步电动机参数设置模块。前处理参数输入主要功能是输入诸如电机转子内外径、定子内外径、气隙长度、槽型、槽数、槽尺寸,永磁体结构参数和绕组型式等。将这些参数传递给APDL文件,实现APDL的参数化建模。参数输入是由对话框构成,输入对话框界面。

(2)生成APDL文件

软件采用文档读写的方式,将参数对话框中输入的参数值直接插入到用于Ansys计算的APDL

?23?

万方数据

散电机

文件,生成一个APDL语言的文本文档并将其保存。改变输人参数,即可改变APDL文件中的参数值,从而改变Ansys建立的模型。生成的APDL文件遵循Ansys的参数化设计语言规范,而且该AP-DL文件可以由用户指定目录存储,因此也可以将该APDL文件存储到软盘或其他移动设备上,供其他Ansys系统使用。由于该APDL文件是本软件与Ansys之间交互的中间参数文件,因此需要保存该文件的路径供调用Ansys时使用。

6矾

秽亘巫蓝固

场路结合汁算永磁I可步l

电动机的J:作特性

I—=二[=_I保存计算结果l

———广一

≮卿军

传递参数'爷APDI.文件并保存该文件

J提交APDL文件给Ansv8进行批处理操作

I数据结粜文件处理

图形结果文件显示

‘笙墨)

图2VB调用Ansys程序

图1软件系统设计流程图

设计结构流程图

(3)提交APDL文件给Ansys进行批处理操作该模块是VB6.0调用Ansys程序设计系统的核心部分,起着接受用户界面的输入、创建进程调用Ansys的APDL文件进行计算的重要作用。有两项工作是在该模块中必须做的:l是修改Ansys软件的运行参数。由于Ansys软件设置了默认的工作路径、工作文件名等运行参数,如果不加以修改,那么在调用Ansys后生成的计算结果文件可能会与已有的结果文件发生重名等冲突,从而破坏该软件的健康性。为了避免这种情况的发生,软件通过修改注册表来临时保存、修改和恢复Ansys的默认设置。2是在接口程序中运行Ansys应用程序。这涉及到创建进程的编程。在本软件系统设计中,采用了线程编程。编程步骤如图3所示。2

Ansys/Matlab软件调用及其应用

2.1

Ansys调用

通过VB对Ansys进行二次开发。接口程序如

下所示。

Set

wshshell=CreateObject(“WSeripLShell”)//在

VB中设置线程//读ANSYS注册表

?24?

启动调用An8yB线程

获取Ansys安装路径

保存注册表中Ansys的运行参数

恢复注册表'|'AnsysJ匡行参数

图3

Ansys软件批处理运行流程图

ansys—dir=wshsheU.RegRead(“HKLM\SOFT-WARE|ANSYS.Inc。|ANSYS|ANSYS8、1lAN—SYS81一DIR”)&“、bin\intel\ansysSl.exe”nsys—pathv=wshshell.RegRead(“HKLM、SOFT-WARE、ANSYS.Inc.、ANSYS、ANSYS8.1、AN-

SYS81一DIR”)&“、apdl、path.txt”//设置APDL路径

ansys—work=Environ(“ANSYS81一WORKING—

DIRECTORY”)&“、”//设置工作路径

Openansys—pathvForOutput

As#l//写模型APDL

Close#1

CallShell(ansys—dir)//启动ANSYS

2.2

Madab调用

PublicSub

ShowMdl(strMdlFile

As

String)//调

用Matlab/SimulinkPMSM模型模块。

DimresultAs

String//定义执行命令结果。DimMdlPathAs

String//定义PMSM

MATLAB/Sire-

ulink模型路径。

DimsCmdAs

String//定义调用命令。

MdIPath=App.Path&“\work、”&strMdlFile//

定义工作路径。

If

Dir(MdlPath)=”’ThenMsgBox“找不到相关文件!”

‰Errorl

EndIf

SetMatlab=CreateObject(“Matlab.application”)//

调用MATLAB线程

万方数据

基于场路结合法的永磁同步电动机设计分析软件张蔚,等

sCrod=“open(”’&MdlPath&“’)”

result=Matlab.Execute(sCmd)

Ifresult=“’’Then

MsgBox“退出?”

Else

MsgBoxresult

EndIf

图6输出功率与效率、功率因数之间的关系曲线EndSub

以上为VB与Matlab/SimulinkPMSM模型的接

口程序。

3结果显示

为可便于用户的使用,通过可视化语言设计友好的入机界面,在界面中输入电机设计参数07I。确定后把设计参数转化成APDL语言,通过Ansys软件对电磁场进行分析计算,然后将计算的电磁参数代入到磁路计算中,实现场路结合。

计算完毕可查看计算结果、电磁场分布、磁密分布图和性能曲线等,如图4~图6所示。然后调用Matlab,设置电机参数对暂态性能进行仿真分析,样机仿真波形如图7所示。

除此之外,该软件系统还有打印、数据库更新、软件帮助等功能。

.2,.751.2,I.,52.z)

DTST

图5电磁场磁密分布

4总结

本文利用可视化语言VisualBasic编写了基于场路结合法的永磁同步电动机设计分析软件。该软件利用Ansys软件APDL参数化设计语言编写了永磁同步电动机有限元分析程序,自动建模并计算

60

目40

主20

若0

—20

图7暂态起动性能仿真结果

电磁参数,然后传输参数到磁路计算模块中实现场路结合。该软件系统具有友好的人机界面,操作简单,另外与Matlab的Simulink连接,调整PMSM模型的参数,可对电机暂态性能进行分析,给后续工作提供分析参考。该软件系统还具有数据库查询、打印及软件帮助功能。可查看设计样机的工作特性和性能曲线,为电机设计优化提供了依据。

参考文献

[1]唐任远等.现代永磁电机理论与设计[M].北京:机械工业出版杜,1997.’

【2]美国ANSYS公司北京办事处.ANSYS电磁学分析指南[G].1998.

[3]张蔚,林明耀.转子磁路结构对永磁同步电机性能的影响[J].微电机,2007,(6):35-38.

[4]QingZHAO,ZhongliangAN,酗nLIU,Ren”∞TANG.Anal?y5i8

ofFluxk她CoefficientdP啊nanentMaFld轴h舶帅啦娅torswithU-shaped地睁哟Rat茁【c].ICEM,2003,Nov.,

鬟巧8.

[5]G呼V.Cvetkov罾k:iL由iaB.PetkovskaMilanD.Cundev.PMD沁MotorModeuiIlgandSimulationforTnmsientAnalysh[c].

IPEMC卸4,2,Page(s):577-582,Aug.2004.

[6]张蔚.内置式永磁同步电动机的设计与分析[D].东南大学.2007.

[7】周晓燕.永磁电机二维电磁场软件平台[D].沈阳工业大学,2003.

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作者筒介:张蔚(1977一).女,硕士研究生,讲师,研究方向为电机与电器。

?25?万方数据

基于场路结合法的永磁同步电动机设计分析软件

作者:张蔚, 梁惺彦, 陆国平, 易龙芳, ZHANG Wei, UANG Xing-yan, LU Guo-ping, YI Long-fang

作者单位:南通大学,南通,226019

刊名:

微电机

英文刊名:MICROMOTORS

年,卷(期):2008,41(11)

被引用次数:0次

参考文献(7条)

1.唐任远现代永磁电机理论与设计 1997

2.美国ANSYS公司北京办事处ANSYS电磁学分析指南 1998

3.张蔚.林明耀转子磁路结构对永磁同步电机性能的影响[期刊论文]-微电机 2007(06)

4.Qing ZHAO.Zhongliang AN.Zhemin LIU.Renyuan TANG Analysis of Flux Leakage Coefficient of Permanent magnet Synchronous Motors with U-shaped Magnets Rotor[会议论文]

5.Goga V.Cvetkovski.Lidijia https://www.360docs.net/doc/989916401.html,an D.Cundev PM Disc Motor Moddllng and Sirmulation for Transient Analysis 2004

6.张蔚内置式永磁同步电动机的设计与分析 2007

7.周晓燕永磁电机二维电磁场软件平台[学位论文] 2003

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最后运用电磁场有限元分析软件Maxwell 2D 对本论文的设计样机进行了电磁场分析和仿真,利用其分析和仿真结果对电磁设计的计算结果进行校核。结果表明电动机的磁路设计合理,输出性能良好,达到了设计的要求。

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本文链接:https://www.360docs.net/doc/989916401.html,/Periodical_wdj200811008.aspx

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下载时间:2010年12月18日

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