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電機的計算機輔助分析 CAD ComputerAidedDesign 它具有 科學計算 圖形處理 數(shù)據(jù)庫三大功能 科學計算 電磁方案分析計算電磁場分析計算電機優(yōu)化設計 圖形處理 進行圖形生成和變化 分析繪制零件圖和總裝配圖各種曲線的處理 1電機設計與CAD 電機設計方法 任務 設計方案 常規(guī)的計算和作圖 費時 費力 2電機CAD系統(tǒng)的組成 一 CAD系統(tǒng)的基本類型 1 計算型 給定設計初始數(shù)據(jù) 利用分析程序進行計算 或調(diào)用綜合設計程序和優(yōu)化設計程序尋找理性的設計方案 2 交互型 主要是利用圖形 充分發(fā)揮設計者的創(chuàng)造性 3 檢索型 庫中存有設計好的標準電機 調(diào)用即可 二 CAD系統(tǒng)的軟件 1 系統(tǒng)軟件 DOS系統(tǒng) UNIX系統(tǒng) 2 應用軟件 VB語言編寫的 FORTRAN語言編寫的電磁計算程序 ANSYS ANSOFT等公司的電磁場計算軟件 3 支撐軟件 有限元分析及前后處理程序包 優(yōu)化程序包 幾何造型軟件 設計繪圖系統(tǒng)和繪圖軟件包 常用CAD軟件 三 電機設計時通常的給定數(shù)據(jù) 額定功率PN 額定電壓UN 相數(shù) 連接方法 頻率 同步轉速 四 電機的性能指標 啟動電流倍數(shù) 啟動轉矩倍數(shù) 最大轉矩倍數(shù) 過載能力 效率 不同的電磁場分析方法 ElectromagneticAnalysis 泊松方程 磁場能量 麥克斯韋方程的微分形式 電磁感應定律 全電流定律 磁通連續(xù)定律 高斯定律 電機的有限元分析方法 有限元分析過程大致如下 1 從所考察的磁場邊值問題出發(fā) 利用變分原理 把問題化為等價的條件變分問題 即能量泛函的求極值問題 2 將定解區(qū)域剖分為一系列子區(qū)域 即單元剖分 3 選取分片光滑的插值函數(shù)去逼近求解區(qū)域內(nèi)光滑的磁位函數(shù) 4 把磁位的插值函數(shù)代入能量積分 對變分問題進行離散化處理 得到以n個節(jié)點磁位為未知數(shù)的n階線性代數(shù)方程組 5 求解線性代數(shù)方程組 得到節(jié)點磁位的數(shù)值近似解 并由此算出各個單元和節(jié)點的磁感應強度值 一 剖分 邊界條件確定 求解函數(shù)選擇 1 標量磁位 2 矢量磁位 1 第一類邊界條件 2 第二類邊界條件 3 周期性邊界條件 求解區(qū)域確定 電機內(nèi)穩(wěn)態(tài)磁場的計算 有限元計算步驟 5 設定求解內(nèi)容 2 建立模型 3 添加材料 4 添加邊界條件 設定激勵條件 1 選擇運算方式 6 求解 7 求解結果后處理 StartFieldSolution RefineMesh 1求解模式確定 穩(wěn)態(tài)電場 磁場有限元計算 瞬態(tài)電場 磁場有限元計算 穩(wěn)態(tài)電場 磁場參數(shù)的有限元計算 熱力場 渦流場 一 確定求解模式 Slover 二 確定求解坐標平面 2建立模型 一 畫出電機的結構模型 定子 二 對電機中相同的部分進行分類 定子繞組 轉子繞組 永久磁極 轉子導條 8極電機 12極電機 3確定各部分材料 4給電機施加邊界條件和激勵 一 加邊界條件 二 加激勵 1 加電流激勵 穩(wěn)態(tài)計算 參數(shù)計算時均加電流激勵 2 加電壓激勵 進行瞬態(tài)計算時加電壓激勵 可以加正弦交流電壓 也可以加任意函數(shù)電壓 如電壓可以使位置或速度的函數(shù) 可以不考慮集膚效應 也可以考慮集膚效應 3 也可以加外加電路 4 加激勵過程中包括對繞組進行設置 若繞組有外加電容或電阻等也可加入 對繞組端環(huán)的處理 5確定求解量 一 力 轉矩 二 參數(shù) 包括自感系數(shù) 互感系數(shù)的計算 6確定求解條件 自動或手動剖分 求解器選擇 求解誤差的選擇 求解步長的選擇 動態(tài)計算過程中還要確定其機械參數(shù) 包括初速度 質量或轉動慣量的設置 阻尼的設置 負載的設置 7求解 一 穩(wěn)態(tài)解 二 瞬態(tài)解 8求解結果后處理 一 圖形后處理 二 數(shù)據(jù)后處理 穩(wěn)態(tài)場求解 只能求解電機在恒定電流作用下某瞬時的磁場分布 電磁力 電磁轉矩 電機參數(shù) 電機磁場分布圖 磁通密度波形等 電機穩(wěn)態(tài)連續(xù)參數(shù)的求解 建模與電機的靜態(tài)出計算相同 能求解電機在恒定電流作用下不同瞬時的磁場分布 電磁力 電磁轉矩 電機參數(shù) 與靜態(tài)計算相比較 實際上是以下計算了電機不同位