ANSYS定制化電機電纜設計寶典

2016-10-28 by:CAE仿真在線來源:互聯網

ANSYS定制化電機設計流程

電機電磁設計,特別是利用先進有限元設計工具仿真和優化電機電磁性能,本來是一個操作復雜、難度大、對工程師要求比較高的工作:既需要電機設計工程師有比較深厚的電機理論功底和豐富的電機設計經驗,又需要電機設計工程師對有限元理論和有限元分析流程和技巧了解的比較透徹。ANSYS高級電機設計工具包,提供了專門針對電機電磁設計和優化的一鍵有限元建模、一鍵電機設計后處理(UDO和ToolKit)等強有力工具,將工程師徹底從繁瑣的有限元操作中解救出來,直面電機設計的具體問題。

初始設計和一鍵有限元建模

基于磁路法的旋轉電機設計專家RMxprt,不僅能完成多達19種電機的磁路法計算,還能夠一鍵生成電機的二維和三維全參數化有限元分析模型,包括自動建立幾何模型、設置材料屬性、網格剖分、邊界條件、外電路以及運動和求解選項等,并且RMxprt中設置的設計變量能夠無縫傳遞到Maxwell中,用于參數化、優化設計,極大地簡化了電機電磁場有限元分析和瞬態性能優化流程。

高性能電磁優化設計

基于電磁場有限元分析的軟件Maxwell2D/3D,可通過對RMxprt直接輸出的有限元模型進行簡單修改,就可以完成電機各種正常和故障工況下的電磁性能分析,例如:齒槽轉矩、開路反電動勢、額定負載特性、轉矩電流特性、繞組短路/斷路、導條斷裂等,并可直接設置或調用RMxprt設置的各種變量,對電機的各種瞬態特性進行參數化/優化設計,還可利用HPC和DSO,加速電機電磁計算和性能優化進程。

DSO允許用戶將對結構、線性或非線性材料、激勵、控制參數的參數化掃描或遺傳算法、Matlab優化方案,分布到聯網的多個CPU核或計算節點上求解,最終在發起運算的主節點上顯示完整的計算結果,這種高性能計算機制大幅提升了參數化掃描和優化設計的速度。

一鍵電機后處理

用戶自定義輸出(UDO)

UDO是Maxwell內置的、針對電機設計的后處理工具,能夠在電磁場有限元計算完成之后,直接輸出電機的輸入輸出功率、轉矩、轉速、各種損耗、LdLq、效率以及功率因素等電磁性能數據。

定制化電機設計工具包(ToolKit)

ToolKit是Maxwell內置的、針對電機設計的定制化后處理工具,能夠一鍵完成永磁電機的效率Map圖、損耗Map圖、LdLq以及電流的Map圖,一鍵輸出電機的轉矩轉速曲線等功能,采用單位電流最大轉矩輸出(MPTA)的控制算法,并考慮溫度、頻變交流電阻、斜槽、不同頻率下鐵耗系數等對電機性能的影響。

ANSYS定制化電纜設計流程

電纜設計規格多,工程設計經驗及教訓表明,采用CAD軟件進行電氣設計,不僅人工工作量大、設計效率低、重復勞動多,而且容易出錯,無法保證各設計階段之間設計數據的一致性。ANSYS電纜設計工具包可幫助用戶實現參數化幾何建模,并通過算法技術處理,使用二維幾何計算模型,反映真實三維電纜實體結果,能快速、高效建立模型并求解,通過電磁性能分析、設計方案優化、高性能計算、電磁參數和系統模型提取,將電纜和系統設計、傳導干擾分析結合起來,提高工作效率并加快電纜設計流程。

參數化建模

Maxwell內置的、定制化電纜設計工具包(ToolKit)是基于開放式的Python語言開發的腳本程序,能夠通過輸入功率線、護套、冷卻管等尺寸參數和材料,一鍵自動生成電纜的幾何模型,修改模型參數十分方便,且能自動實時更新幾何尺寸。

電纜設計時為了提供電纜線利用率,考慮電流趨膚效應等影響,需要對線芯換位處理,即通常采用絞線。定制化電纜設計工具包(ToolKit)充分考慮了各種換位絞線策略,通過簡單定義絞線半徑和節距,直觀地用二維模型精確地處理三維結構,且軟件在計算時充分考慮了定義絞線后的參數變化。

高性能電磁優化設計

Maxwell內置多種求解器,可實現定制化設計電纜的靜磁場、渦流場、瞬態磁場,靜電場、直流傳導場和瞬態電場性能分析,能夠精確地提取電纜模型的交流電阻、電容、電感等,更可以直觀地查看電纜截面上的電場、磁場分布云圖,精確讀取任意坐標位置下的場數據。

Maxwell瞬態求解器可外加任意波形的電壓源或者電流源激勵,仿真在雷擊瞬間大電流涌入下電纜的磁場變化過程,動態顯示能量的變化過程,同時考慮鎧裝材料的非線性、電渦流和磁擴散等。

Maxwell定制化電纜設計工具包(ToolKit)創建的幾何模型可以直接傳遞到準靜態邊界元Q3D中求解,也可以直接將第三方布線/繪圖工具得到電纜復雜的三維幾何模型導入Q3D,通過電磁計算能夠直接得到電纜的場分布,包括電壓分布,電流分布,電場和磁場等,以及RLCG寄生參數矩陣等參數,還可以對定制化電纜模型進行參數化和優化設計。