应用MagNet求解PMSM问题操作说明讲解.docx

1、应用MagNet求解PMSM问题操作说明讲解MagNet 软件求解PMSM问题的操作说明海基公司前言本说明文件以永磁同步电动机为例，介绍MagNet软件的基本操作步骤。和一般的有限元CAE软件相类似，对一个项目的分析包括以下步骤。后处理1MagNet界面介绍 12PMSM建模 43编辑设定材料特性 94建立线圈和电路连接 115设置边界条件和网格参数 156求解和后处理 167PMSM静态磁场分析 198PMSM齿槽力矩 219PMSM EMF分析 2410PMSM负载瞬态分析 251. MagNet界面介绍安装MagNet和相应的License后，可以运行MangNet。在Windows系统

2、中，点击开始程序MagNetMagNet启动MagNet。其主要的界面如下。161513121411109876543211） 下拉式菜单File：新建、打开、保存文档，输入、输出模型、动画等Edit：Undo、Redo，拷贝，粘贴，删除。各种类型的选择功能等。Draw：光标方式，画直线、圆弧、圆等，移动、旋转、镜像等，布尔操作等Model：生成实体，对实体进行操作，生成线圈，运动部件等等。Boundary：各种边界调节，表面阻抗，簿壁特征等Circuit：打开电路窗口，设置电阻、电感、电容、开关、换向器等电路元件，进行连接、移动、对齐等。Solve：选择求解器，设定求解参数、时间步长等。Vi

3、ew：各种视图选项和设定等。Tools：动画、脚本工具，场量探针，各种工具条的打开和关闭操作等。Window：窗口操作等。Help：帮助文件，对应相关操作的脚本等。2） 边界条件3） 运行脚本，VBS格式的文件4） 直线、圆弧分段工具5） 模型视图旋转调节6） 模型视图角度调节7） 移动复制旋转等操作8） 电子元件9） 电子元件的排列10） 项目操作窗口Object：对文件中的元件，线圈，电路等操作Material：定义，编辑材料库Coil：对线圈定义Problem：求解问题列表Field：显示求解后的各种场量View：各种视图参数11） 选取工具12） 画线、圆弧、圆工具13） 后处理窗口1

4、4） 建模及显示窗口15） 电路图窗口16） 键盘输入工具2. 建立PMSM模型本电机模型：转子4极，烧结NdFeb磁铁，平行冲磁。考虑对称性，只建立1/4模型。采用其他CAD软件建立的2D/3D模型可以方便地与MagNet接口。可导入/导出的文件类型包括：AutoCAD, SAT, CATIA, PRO/E, IGES, STEP, INVENTOR等。模型可以以2D模型导入，如AutoCad格式的DXF文件，然后再经过拉伸、旋转等生成3D实体。模型也可以以3D模型导入，如SAT格式的文件。在导入后，如果模型中心不在原点上，可以通过移动模型，把中心放在原点上。模型也可以直接在MagNet里面

5、建立。基于Raster Graphics技术，通过画线，圆弧，圆或它们的组合，生成封闭区域，再对这个封闭区域做拉伸，旋转等来生成实体。2D作图是在Construction Slice上完成的，默认的Construction Slice是XY平面。当然这个Construction Slice可以移动到3D空间的任何地方，再作图和生成实体。如下图所示，我们在XY平面建立了2D曲线。用“Select Construction Slice Surfaces”选择定子部分。用“Make Component in a Line”生成实体。弹出对话框，设定参数，如拉伸距离，选择材料，定义实体的名字等。点击O

6、k，生成定子铁心实体。当生成永磁体时，注意要选择相应的冲磁方向。如下图所示，选择径向指向外的方向。对于气隙的处理，可以分为4层，外侧2层归为定子部分；内侧2层归为转子部分。这样可以以气隙的中心线为转动部分的分界线，同时4层设定可以提高求解精度。对于要考虑漏磁的模型，一般要在定子外侧设定空气AirBox。因此，完整的模型如下图。3. 编辑设定材料特性为了正确的分析电磁场和热问题，Infolytica把所有材料的属性设定为温度的函数，或者温度和频率的函数。MagNet的材料库在不同系统之间可灵活转换，用户可以输入已有的模型材料库，并对已定义的材料进行更新。用户通过材料模板可以对所使用的材料属性进行

7、创建和编辑。在给用户提供尽可能多的用户向导的基础上，材料模型大大简化了材料的创建过程。材料库列出了所有可以应用到模型中的材料。当用户在某个部件中使用某一个材料时，该材料的备份会保存在部件中，使得部件的描述更完整。因此，将单独一个部件的文件发送给相关同事时，不需要将整个材料库发送给对方。低频材料库包括了65种预定义的材料。用户定义材料库中包括了用户创建和修改的材料。下图所示为Material页。其中1为系统自带的材料库。2为用户自定义的材料库。3为本模型中使用的1和2中的材料。123比如硅钢片50W350为自己新创建的。在“UserDefineMaterials”点击鼠标右键，出现“New Us

8、ers Material”，点击它打开材料定义模板。依次选择和输入相关参数，来完成定义。如BH曲线，损耗曲线。对于具有线性退磁曲线的粘接NdFeB来说，只需要定义相对磁导率和矫顽力。4. 建立线圈和电路连接选择一个或多个实体，并点击“modelMake Simple Coil”可以生成线圈。如下图所示。其中规定的电流方向能够在窗口中显示出来，当然，这个方向可以更改。流出纸面流入纸面可以定义编辑线圈特性，如名字，匝数，电流正方向，截面积，电压激励或电流激励等。把所有的线圈都定义好后，如有必要外接驱动电路，可以打开“CircuitNew Circuit Window”在电路窗口建立设备的驱动电路，

9、并将电路与所分析的模型相连。本例中三相绕组Y型连接。同时连接三相电压源，可以设定电压源参数，如幅值，相位等等。对于同步电机，要注意电压源相角和EMF的相位关系，在本例中，为了使电压源V1和绕组1（即A相）相位保持一致，事先在Motion特性中设定初始相角为-7.5度。初始速度初始角度对于有运动部件的模型，比如电机的转子，要设定“motion”特性。在Object 窗口中选择参与运动的实体，再点击“ModelMake Motion Component”生成“Motion1”。可以编辑运动部件的参数，如负载驱动/速度驱动、旋转运动/直线运动、负载大小、设定质量或转动惯量等参数。5. 设定边界条件和

10、网格参数边界条件定义了在边界和未求解区域的场分布情况。默认的一元边界条件是磁力线平行于边界。对于部分建模的电机，比如只求解一个极或两个极，则要定义二元边界条件：奇对称（Odd Periodic Boundary）或偶对称（Even Periodic Boundary）边界条件。未提高求解精度和速度，对不同的实体，设定不同的网格大小。一般气隙设小一点。另外还可以设定直线，圆弧分段来控制网格数，或者设定曲率大小来控制网格数。如下图设定了转子网格大小。6. 求解和后处理对不同问题，选择合适的求解器。如2D或3D、静态或动态。还要设定求解参数。对于瞬态求解器，还要设定时间步长等。求解后，可以在“Fie

11、ld”窗口显示各种场量。如磁力线和磁密分布。所显示的场量数据是可以通过“Probe Field”工具来提取。如气隙磁密分布曲线和数据。对于时间谐振、瞬态和参数化求解的结果，还可以生成动画。打开“Post Processing Bar”，可以得到更多的量。如磁场储能，力和力矩，电流，电压，损耗，速度，加速度，位置等等。并能输出数据和曲线。如速度曲线。7. PMSM静态磁场分析“Static 2D”求解器可以用来观察永磁极产生的磁场分布情况。这时，可以不用连接复杂的电路。求解后，可以观察各种场量，如磁力线等位线分布图（左图）。右图是气隙中的磁链曲线。也可以用VBS工具生成整个电机的场量图。磁感应密

12、度B的分布云图（左图）和气隙中曲线（右图）。磁感应密度B的分布矢量图。8PMSM齿槽力矩MagNet有强大的参数化能力。所谓参数化，就是定义一组参数（参数可以是模型尺寸，材料特性，外加激励等等），求解器把所有的工况连续计算出结果，并可以生成相应的曲线来比较。比如本例中要计算齿槽力矩，可以定义转子部分的旋转角度参数，每个角度值计算一次。在Object窗口右键点击文件名，选择“Properties”。在“Parameters”页面中定义参数“myangle”，并定义角度030，间隔1，即要计算31个工况。把myangle 赋给相应实体中的“RotationAngle”。求解后可以在Post Processing工具中查看齿槽力矩的大小。可以看出4极6齿无刷电机的齿槽力矩周期是30度机械角度。后处理曲线数据如果模型中没有感应涡流的元件，也可以让绕组开路，设定一个较低的旋转速度，旋转得到齿槽力矩。本例中就是用的这种方法。9PMSM back-EMF分析当我们需要观察EMF时，可以设定同步速，本例中是9000deg/s(=1500rpm)。用2D Transient with motion 求解器得到结果。10PMSM 负载瞬态分析设定负载力矩为0.2 Nm。负载可以是常数，也可以是随时间，速度，位置变化的函数等等。电磁力矩曲线和速度结果。也可以得到其它很多数据和曲线。还可以生成导出动画。