Ansoft 讲义.docx
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Ansoft讲义
电气工具软件训练（Ⅱ）——Ansoft
AnsoftMaxwell软件作为世界著名的商用低频电磁场有限元分析软件之一，在各个工程电磁领域都得到了广泛的应用。
它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解，使计算变得方便、快捷、精准。
Ansoft软件包括：
（1）二维电磁场应用；
（2）三维电磁场应用；
（3）基于RMxprt旋转电机分析。
本课程设计需完成的内容：
（1）RMxprt旋转电机分析软件操作；
（2）将RMxprt模型直接导入Maxwell2D，建立二维电机模型，进行稳态分析。
一、ANsoft软件操作界面
双击打开Maxwell软件
（1）File状态栏包括打开、关闭、保存文件操作；
（2）Edit状态栏包括剪切、复制、粘贴、删除、重命名等操作；
（3）View状态栏包括各工具条、状态窗口的选择操作；
（4）Project状态栏包括新建二维电磁场、三维电磁场、RMxprt软件操作。
二、RMxprt软件包
（1）电机模块选择
选择Adjust-SpeedSynchronousMachine,点击OK，建立电机类型。
图1RMxprt电机模块选择
图2RMxprt电机模块界面
（2）Machine项设置过程
主要输入的参数分别是：
极数、转子位置、计算时的初始速度、控制类型和绕组形式。
做成表格如表1所示。
表1Machine项参数设置
项目
数值
极数（numberofpole）
6
转子位置（rotorposition）
innerrotor
初始速度（referencespeed）
1000rpm
控制类型（controltype）
AC
绕组电路形式（circuittype）
Y3
（3）Stator项设置过程
需要输入的参数主要依次有：
定子外径、定子内径、铁心长度、铁心材料型号、槽数、槽形。
如表2所示。
表2Stator项参数设置
项目
数值
外径（outerdiameter）
370mm
内径（innerdiameter）
250mm
长度（length）
110mm
叠压系数（Stackingfactor）
0.95
钢型（steeltype）
Steel_1008
槽数（numberofslots）
54
槽形（slottype）
2
槽形选择
（4）Slot设置过程
在这里，可以选择AutoDesign，则需要输入参数有Hs0、Hs1、Hs2、Bs0、Bs1、Bs2；也可以不选择AutoDesign，则只输入Hs0、Hs1、Bs0，则其余的值系统自动计算赋值。
表3Slot项参数设置
项目
数值
Hs0
0.8mm
Hs1
1.8mm
Hs2
29mm
Bs0
4.4mm
Bs1
8.4mm
Bs2
12.4mm
（5）Winding及End/Insulation项设置过程
Winding项中主要输入的依次是：
绕组的层数、定子绕组类型选择、并联支路数、每槽导体数、节距、并绕根数、导线双层绝缘厚度、线径。
在End/Insulation项中，我们只输入SlotLiner槽绝缘厚度、WedgeThinkness定子槽契厚度、LimitdFillFactor最高定子槽满率，软件默认为0.75。
其余的参数，系统自动计算。
具体如表4，表5所示。
表4Winding项参数设置
项目
数值
绕组层数（windinglayers）
2
绕组形式（windingtype）
whole_coiled
并联支路数（parallelbranches）
3
每槽导体数（conductorsperslot）
32
节距（coilpitch）
8
并绕根数（numberofstrand）
1
导线绝缘尺寸（wirewrap）
0.06mm
线径（wiresize）
diameter2.6mm
表5End/Insulation项参数设置
项目
数值
槽绝缘厚度（slotliner）
0.3mm
定子槽契厚度（wedgethinkness）
3mm
最高槽满率（limitdfillfactor）
0.75
关于绕组形式，选择全极式结构，如图3所示；导线选择设置如图4。
图3全极形图4导线设置
至此，定子铁心急三相绕组设置完毕，图5展示了定子绕组排列。
（a）（b）
图5定子绕组排列图
（6）Rotor项设置过程
本项中输入参数主要依次为：
转子外径、内径、转子铁心长度、铁心材料类型、转子极形选择。
具体如表6所示。
表6Rotor项参数设置
项目
数值
外径（outerdiameter）
248mm
内径（innerdiameter）
140mm
长度（length）
110mm
叠压系数（Stackingfactor）
0.95
钢型（steeltype）
Steel_1008
极形（poletype）
5
关于极形，这里我们选择编号为5的内置径向式转子结构，如图6所示。
图6内置径向式
（7）Pole项设置过程
该项需要输入的是极弧系数、相邻两个磁极的桥的厚度、相邻两个永磁体间的宽距离、永磁体牌号、永磁体宽度、永磁体厚度。
具体如下表所示。
表7Pole项参数设置
项目
数值
极弧（embrace）
0.8
桥厚度（bridge）
2mm
相邻两用磁体间的距离（rib）
10mm
永磁体牌号（magnettype）
NTP-264H
永磁体宽度（magnetwidth）
99mm
永磁体厚度（magnetthickness）
4.7mm
（8）Shaft项设置过程
该项表明转轴是否导磁，打勾表示选择转子导磁，相当于转子轭厚度加大，需要对计算结果进行修正，如果不导磁，则不需要对结果修正。
这里选择不导磁。
（9）电机的仿真设置
执行AnalysisSetup/AddSolutionSetup命令，弹出如图7所示界面，我们选择负载类型为恒功率负载形式，输入的参数还有额定功率、额定电压、额定转速、预计电机工作温度。
图7电机仿真参数输入
（10）计算结果及结果查看
执行Setup1/Analysis进行分析计算，然后再执行Results/SolutionDate命令，弹出如图8所示界面，我们可以查看结果，如有Performance各类参数项、DesignSheet设计表单、Curves性能曲线。
图8计算结果示意图
三、Maxwell2D软件包
本节主要从Maxwell2D有限元模块进行电机模型的瞬态空载、负载分析，稳态分析展现操作流程。
在运行完RMxprt模块后，执行AnalysisSetup/CreateMaxwellDesign命令，会有如图9所示界面，点击OK创建Maxwell2D模块。
从RMxprt模块直接一键导入的是2D瞬态场负载求解界面，系统会自动完成模型绘制、材料定义、激励源添加、边界条件给定、网剖分析和求解参数设置等前处理，我们只要进行简单的求解和后处理。
在此过程中，生成的2D模型是1/6模型，如果想生成全模型，则可以执行RMxprt/DesignSetting/UserDefinedDate,然后在选择Enable，框里输入Fractions1，生成2D全模型。
如图10所示。
1/6模型如图11所示。
图9生成maxwell2D模型对话框
图102D全模型图111/6模型
四、2D模型瞬态空载
（1）求解设置
在前面生成2D界面过程中，系统已自动设置了求解过程，其实,也可以按自己的要求设置一般设置。
首先执行Maxwell2D/Analysis/Setup1/properties,弹出如图12（a）的General界面,在这里，终止时间可设为0.2s，求解时间步长设为0.002s。
然后，在点击SaveField,出现如图12（b）的界面，选择线性步长LinearStep，场信息保存开始及终止时间依次设置为0、0.2s，场信息保存时间步长设置为0.005s，然后点击AddtoList，将设置增加到时间菜单中。
（a）（b）
图12求解时间设置
（2）Winding项设置
这一步中，执行Excitations/PhaseA，在type项中选择Current，则出现如图13所示界面，这里设置是为了空载情况计算。
PhaseB、PhaseC设置一样。
图13Winding设置
（3）求解
执行Analysis/Setup1命令，启动求解过程。
求解完成后执行Maxwell2D/A-nalysis/Results/SolutionDate，如图14所示，可以观察解的情况。
点击Profile,观察统计信息，包括求解过程中计算资源的使用情况、用户使用Maxwell2D的版本、本例的名字、用户计算机名、求解本例的起始与终止时间、自适应求解每步的三角单元数、占用内存等。
点击MeshStatistics，观察剖分信息及剖分图。
包括，模型各部件的剖分单元数，剖分单元最大边长、最小变长、平均边长，剖分单元最大面积、最小面积、平均面积等。
图14解观察
（4）磁力线观察
首先执行ctrl+A全选模型，再执行Maxwell2D/Fields/Fields/A/Fluxli-
nes,弹出如图15所示界面。
选择AllObjects。
点击done确定。
输出磁力线图。
（5）磁通密度分布观察
首先执行ctrl+A全选模型，再执行Maxwell2D/Fields/Fields/B/Mag_B，选择AllObjects，点击done确定，输出磁通密度分布图，操作如图4.16所示。
图15磁力线观察设置
图16磁通密度观察设置
（6）磁密矢量图
这一步中，首先执行ctrl+A全选模型，然后执Maxwell2D/Fields/Fields/B
/AllObject，当弹出图17界面时，点击done确定，则输出磁密矢量图。
我们只介绍磁力线、磁密、磁密矢量图，其他的仿真图与上面三个操作相似。
图17磁密矢量图观察设置
（7）空载曲线及数据
执行Maxwell2D/Results/CreateTransientReport/RectangularPlot命令，弹出如图18所示界面，在Parameter选项中选择Moving1，在Category、Quantity项中选择需要观察的曲线名称，最后点击NewReport完成设置。
也可以观察数据表，执行Maxwell2D/Results/CreateTransientReport/DateTable，输出数据表。
图18曲线设置
五、2D模型瞬态负载
由于从RMxprt模块直接一键导入的是2D瞬态场负载求解界面。
所以，首先执行Excitations/PhaseA。
如图19所示，确定在负载工作条件下，点击确定。
剩余操作跟空载操作流程相同。
这里不再赘述。
图19Winding设置
参考文献：
赵博，张洪亮等.Ansoft12在工程电磁场中的应用，中国水利水电出版社，2010.
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