电机电磁场的仿真分析 共24页PPT资料24页PPT
电机设计中的电磁场分析与仿真研究
电机设计中的电磁场分析与仿真研究近年来，电机在工业生产中的应用日益广泛，其设计和优化已成为科学家和工程师们关注的焦点。
在电机设计中，电磁场分析与仿真研究起着至关重要的作用。
本文将探讨电机设计中电磁场分析与仿真研究的关键问题，并介绍一些常用的分析和仿真工具。
一、电磁场分析的基本原理电机作为将电能转化为机械能的装置，其工作原理可以简单概括为通过电流在导线中产生磁场，而磁场与导线中的电流相互作用，进而产生力和转矩。
因此，电磁场分析是电机设计中的核心问题之一。
在电磁场分析中，最基本的原理就是麦克斯韦方程组，它描述了电磁场的变化规律。
其中，麦克斯韦方程组包括了电场的高斯定律、电场的法拉第定律、磁场的高斯定律和磁场的安培定律。
通过麦克斯韦方程组，可以建立电磁场的数学模型，进而对电机的工作原理进行分析和仿真研究。
二、电磁场分析与仿真工具在电磁场分析与仿真研究中，有一些常用的软件工具可以帮助工程师们进行分析和优化设计。
下面介绍几种常见的工具。
1. 有限元分析软件有限元分析是一种常用的数值计算方法，通过将要研究的问题划分为一系列小区域，建立微分方程模型并进行数值求解，得到问题的近似解。
在电机设计中，有限元分析软件可以用于模拟电机内部的电磁场分布、磁通密度等参数。
例如，ANSYS、COMSOL Multiphysics等软件在电磁场分析与仿真研究中被广泛使用。
2. 磁场有限元软件磁场有限元软件是一种专门用于磁场分析的工具，它可以进行三维磁场分析和电磁场的频率响应分析。
在电机设计中，磁场有限元软件可以用于计算并优化磁场的分布，提高电机的效率和性能。
常见的磁场有限元软件有FEMM和Opera等。
3. 电子磁场分析软件电子磁场分析软件主要用于分析电子元件中的电磁场分布和特性，如电感、变压器等。
在电机设计中，电子磁场分析软件可以用于分析电机中的各种电子元器件，提高电机的效率和稳定性。
常见的电子磁场分析软件有Maxwell和Flux等。
对电机进行的电磁场分析
将电枢磁势对合成磁势的影响叫做电枢反应。
Ff
二 同步电动机负载时的运行状态
设电机的磁路不饱和，励磁反电动势 为 E 0 ，电枢电流 I 与 E 0 之间的夹角为
(90 90)
⒈ 电枢电流I 与励磁反电动势E0 同 相时的电枢反应
电枢磁势Fa 的轴线总是与励磁磁势Ff的 轴线(d轴)相差90°电角度，而与转子 的交轴(q轴)重合。因此，称这种电枢 反应为交轴电枢反应。它使转子产生电 磁转矩。
c os5
Fy5 cost cos 5
分布元件组的脉振磁势
1 多相绕组的脉振磁势
设一个元件组由q个整距元件组成。相邻两元件之间相差一个槽距角 ，因此元件、 的矩形磁势波在空间位置上也彼此位移电角 。q个矩形波叠加起来为一阶梯波.
R
Fq1
q
Fq1
2R sin
q
2
Fy1 2Rsin2
Fq1 2Rsinq2
电机运行的性能取决于电机的参数和损耗。 因此研究电机内的磁场，对设计一台性能 良好的电机具有重要意义。
三 旋转电机简介
1 基本分类及结构 1）交流电机 电枢绕组通常位于定子上，其理想波形为正弦波 2）直流电机 电枢绕组通常位于转子上，其理想波形为锯齿波
2 能量关系 电源输入的能量=机械能量输出+磁场储能的增量+转换为热的能量
当电磁转矩和静负载转矩相等时，两个磁势的夹角 不再变化，两个磁势同步前进。
直轴—— 转子NS极中心线，又称作d轴。 规定两个轴
交轴—— 与直轴相距90°电角度的地 方，又称作q轴。
直轴 Ff
交轴
由励磁电流If 产生励磁磁势Ff ，进一步产生励磁磁通0。 由电枢电流I 产生电枢磁势Fa，进一步产生电枢磁通a。
电机设计中的电磁场仿真与性能分析
电机设计中的电磁场仿真与性能分析摘要：电机的启动特性对于确保电机的可靠启动、减少对电力系统的冲击、提高生产效率等方面都至关重要。
设计良好的电机启动特性需要合理控制起动电流，尽量缩短启动时间，并选择适合的启动方式。
这样能够确保电机可靠运行并达到额定工作状态。
为进一步探究电机的电磁特性，使汽车获得更高的输出转矩，对电机进行三维建模。
本文结合电机设计中的电磁场仿真与性能进行分析，并提出一些个人观点，以供参考。
关键词：电机;电磁场仿真;性能1电机设计中的电磁场仿真在电机设计中，电磁场仿真是一种重要的工具，用于预测和分析电机中的电磁现象。
它可以帮助工程师更好地理解电机的工作原理、优化电机设计以及进行性能评估。
电磁场仿真是通过使用计算机模拟数值方法来解决电磁场问题的过程。
它基于麦克斯韦方程组和其他相关物理方程，利用数值方法（如有限元方法、有限差分方法等）来离散化问题并求解。
通过电磁场仿真，可以预测电机中的磁场分布情况。
这对于电机设计来说非常重要，因为它可以帮助工程师确定磁场的强度、方向和分布，从而选择适当的磁性材料和优化设计以获得所需的性能。
电机中的磁路是电流在铁心中的路径。
通过电磁场仿真，可以分析磁路中的磁通分布、磁阻、饱和效应等。
这有助于评估电机的磁路特性，并确定可能的损耗和效率改进方法。
电磁场仿真可以用于计算电机中的功率损耗，包括铜损耗和铁损耗。
这可以帮助工程师评估电机的热效应，并优化设计以提高能效。
电磁场仿真可以模拟电机在不同负载情况下的动态响应。
1.1空载状态仿真分析永磁同步轮毂电机的空载状态指的是电机在没有负载设备的情况下运转。
电机的空载电磁场是在电动机定子没有电流的情况下，在永磁铁附近产生磁回路。
因此，在本节分析中需要将定子电流设定为0A。
在分析电机性能时，气隙磁场密度是一个必不可少的因素。
通过数值模拟，得出空载条件下气隙的径向和切向磁密的波形如图所示。
由图可知，空载时径向磁通密度峰值为0.6003T，切向磁通密度为0.1684T。
机电系统仿真课案PPT课件
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一. 仿真技术概论
2. 仿真的必要性
希望能在较短的时间内观察到系统发展的全 过程，以估计某些参数对系统行为的影响．
难以在实际环境中进行实验和观察时，计算 机仿真是唯一可行的方法， 例如太空飞行的 研究．
需要对系统或过程进行长期运行比较，从大 量方案中寻找最优方案．
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一. 仿真技术概论
5. 系统仿真
（4）系统仿真的一般步骤：
①建立系统的数学模型；
②转换成仿真模型；
③编写仿真程序；
④对仿真模型进行修改校验，看 与实际系统是否一致，确认模型 的正确性。
⑤运行仿真程序，在不同的初始 15/48 条件和参数下，对系统进行第反15页复/共46页
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一. 仿真技术概论
2. 仿真的必要性
难以用数学公式表示的系统，或者没有建立 和求解数学模型的有效方法．虽然可以用解 析的方法解决问题，但数学的分析与计算过 于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行 的求解方法
对于随机性系统，可以通过大量的重复试验， 获得其平均意义上的特性指标
具有刚性、阻力及惯性这些性能，在输入力作用下，
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系统能产生一定相应输出，如位移输出。
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二 . 机电系统建模
2. 机械系统的数学模型
（1）机械移动系统
m
k
c
机械平移系统基本元件
(a)质量；(b)弹簧；(c)阻尼
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二 . 机电系统建模
2. 机械系统的数学模型
d 2 x2 dt 2
?
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电机电磁场的仿真分析
̶ ̶ ANSYS软件应用
电机电磁场的仿真分析
电机内的电磁场 ANSYS电磁场分析简介 一个应用实例
电机内的电磁场
电机内的电磁场从它的分布区域及其作用来看，大致可 分为：（1）气隙磁场；（2）凸极同步电机磁极间的漏磁场 或直流电机主磁极与换向极间的漏磁场；（3）槽内漏磁场； （4）绕组端部电磁场；（5）铁心中的磁场；（6）实心转 子中的电磁场等。按照是否随时间变化，电机内的电磁场可 分为：（1）恒定磁场；（2）时变电磁场。
令AZ等于一非零值，或用GUI路径操作
ANSYS电磁场分析简介
加载荷： 对于谐性场，谐波载荷假定任何外加载荷都是随时间
呈谐波（正弦）变化的，这样的载荷要说明幅值、相位角和 工作频率。幅值即为所加载荷的最大值；相位角即为载荷落 后于参考的时间，只有存在着多个彼此不同相的载荷时才需 用到相位角。工作频率就是交流电的频率。
ANSYS电磁场分析简介
ANSYS软件提供了两种工作模式，即人机交 互方式（GUI方式）和命令流输入方式（BATCH 方式）。
APDL是ANSYS参数化设计的语言，它是一 门可用来自动完成有限元常规分析操作或通过参 数化变量方式建立分析模型的脚本语言，用建立 智能化分析的手段为用户提供自动完成有限元分 析过程。
ANSYS电磁场分析简介
电磁场的源：电流、外加磁场、永磁体 在电磁场分析中要计算的量：磁通密度、磁场强度、磁力及 磁矩、阻抗、电感、能量损耗等 电磁场单元：PLANE13、PLANE53、CIRCU124、 SOLID96、SOLID97、PLANE121、INFIN9等。 电磁场分析的步骤：
– 创建物理环境； – 建立模型，划分网格，赋予特性； – 加边界条件和载荷； – 求解； – 后处理（查看计算结果）。
电动机的电磁场分析与有限元仿真
电动机的电磁场分析与有限元仿真电动机是将电能转换为机械能的设备，广泛应用于各个领域。
为了更好地提高电动机的设计性能和工作效率，电磁场分析与有限元仿真技术成为了不可或缺的工具。
本文将介绍电动机的电磁场分析方法，并探讨有限元仿真在电动机设计中的应用。
一、电磁场分析方法1. 理论分析方法理论分析方法是电动机设计的基础，在设计前的理论分析阶段，可以通过数学模型来推导电动机的电磁特性。
例如，可以利用麦克斯韦方程组来建立电动机的电磁场模型，进而分析电磁场的分布情况以及电磁力的大小。
2. 简化模型分析方法在实际设计中，电动机的结构往往非常复杂，不易直接建立精确的数学模型。
因此，可以采用简化模型分析方法。
通过对电动机结构进行合理的简化，可以将其分解为若干个简单的部分，然后进行独立的电磁场分析。
最后将各个部分的电磁场结果进行叠加，得到整个电动机的电磁场分布情况。
3. 实验验证方法在设计完成后，还需要通过实验验证电磁场分析结果的准确性。
可以利用磁场感应传感器等设备进行实际测量，然后与理论分析结果进行对比，以验证电磁场分析和预测的准确性。
二、有限元仿真在电动机设计中的应用1. 有限元建模有限元方法是一种常用的数值计算方法，可以建立电动机的三维模型，并对其进行电磁场分析。
通过将电动机结构离散为若干个小单元，可以对每个小单元进行求解，再将各个小单元的结果进行叠加，得到整个电动机的电磁场分布情况。
2. 网格划分与边界条件在进行有限元仿真前，需要对电动机进行网格划分。
将复杂的电动机结构划分为若干个小单元，通过合理地选择网格数量和精度，可以得到准确的仿真结果。
同时，还需要设置合适的边界条件，包括电流边界条件、电压边界条件等，以模拟电动机的实际工作状态。
3. 结果分析与优化有限元仿真可以得到电动机的电磁场分布情况，可以通过对仿真结果的分析来评估电动机的性能。
例如，可以分析电磁场的强度分布、磁通密度、磁场梯度等参数，以评估电动机的工作效率和性能损耗。
电机电磁场的仿真分析ppt课件
载流导体在磁场内所受到的力。对于长度为的长直载流导线，
其力为：
F lidlB
铁磁介质在磁场中受到的力。如果媒质中有传导电流，相应的
边密度是 f (1,) 而非铁磁媒质在磁场中受力的体密度是
密度是
ff(1)f(2)JB2 r 1 B2
，f ( 则2 ) 总的力
在电机中计算磁场力时，通常可以把 f (忽2 ) 略掉。
电机电磁场问题中，边界条件一般有一类、二类及周期
性边界条件，混合的三类边界条件很少遇到。
第一类边界条件：用标量位 求解时，边界上 为 已知
值，即 C 这时，边界上磁场强度的切向分量 H 为t 已知。当用矢量
磁位 A 求解时，边界上为已知值，即 A C 这时，边界上磁通密度的法向分量为已知。由于磁力线
即等 A 线，常可选择一条磁力线作为边界。恒定场中还可令其
为参考位（某一常数值或零）。在似稳交变场中，往往在给
定的周期性条件中实际上已给出参考位点。
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电机电磁场的仿真分析
电机电磁场的理论基础
第二类边界条件：即边界上的求解量法向导数
已知。用 求解时
C n
即磁场强度法向分量 H n已知。用 A 求解时，则
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电机电磁场的仿真分析
电机电磁场的理论基础
结构方程： 表示场量之间关系的结构方程有：
D E , J E , B H
它表明了电磁性能关系， ,, 分别为电容 率、电导率和磁导率。对于线性媒质，它们是常 数；对于非线性媒质，它们随场强的变化而变化。
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电机电磁场的仿真分析
电机电磁场的理论基础
边界条件：
名称 全电流定律 电磁感应定律
积分形式
D
Ñ lHgdlsJgdss
电机电磁场的仿真分析 PPT
ANSYS软件提供了两种工作模式，即人机交 互方式（GUI方式）和命令流输入方式（BATCH 方式）。
APDL是ANSYS参数化设计的语言，它是一 门可用来自动完成有限元常规分析操作或通过参 数化变量方式建立分析模型的脚本语言，用建立 智能化分析的手段为用户提供自动完成有限元分 析过程。
创建物理环境： /TITLE：定义分析标题 /UNIT：定义单位制 ET或KEYOPT：说明单元类型及其选项 LOCAL：定义单元坐标系 MP：定义线性材料特性 MPREAD：对导磁材料导入B-H曲线 R：定义实常数。可用来定义绞线圈的几何形状、
C
n
即磁场强度法向分量 H n已知。用 A 求解时，则
A C
周期性边界条件：由n 于电机旋转磁场呈周期性 分布，在一对极下电磁场分布正好是一个周期分布。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
交界条件：电机常常由多层介质组成，两介质交界 面应满足下列条件：
电场强度切向分量相等，即 E1t ；E2t
ANSYS程序提供了丰富的线性和非线性材料的表 达方式，包括各向同性或各向异性的线性磁导率，材料 的B-H曲线和永磁体的退磁曲线。后处理功能允许用户 显示磁力线、磁通密度和磁场强度，并可以进行力、力 矩、源输入能量、感应系数、端电压和其它参数的计算。
ANSYS程序的电场分析功能可用于研究电场三个 方面的问题：电流传导、静电分析和电路分析。感兴趣 的典型物理量包括电流密度、电场强度、电势颁、电通 量密度、传导产生的焦耳热、贮能、力、电容、电流以 及电势降等。
电流密度法向分量相等，即 ； J1n J2n
交界面上无面电流层时，磁场强度的切向分量相等，
即 ；H1如t 果H2有t 面电流存在，则根据全电流定律，可