Ansys Maxwell/siwave 電機(jī)仿真咨詢與專業(yè)定制開發(fā)

2018-05-21 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

電機(jī)是一個(gè)集電氣、機(jī)械、動(dòng)力學(xué)、散熱、電子電路、控制系統(tǒng)等眾多學(xué)科綜合于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。在實(shí)際研制過程中,需要考慮多方面的工程問題和物理問題,數(shù)字化仿真分析技術(shù)為電機(jī)的研制提供了非常高效的手段。面向電機(jī)領(lǐng)域仿真需求,客戶化定制開發(fā)技術(shù)將助力用戶實(shí)現(xiàn)專業(yè)化的快速仿真分析,并且更精確更全面的分析電機(jī)的性能。本期,為大家分享安世中德在電機(jī)領(lǐng)域的定制化技術(shù)和仿真咨詢案例。

1、電機(jī)領(lǐng)域服務(wù)方向

安世中德基于ANSYS系列工具,提供從電機(jī)電磁性能分析到結(jié)構(gòu)力學(xué)分析到電機(jī)散熱性能分析的整體仿真分析服務(wù)能力,在長(zhǎng)期的咨詢服務(wù)中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

面向工業(yè)品領(lǐng)域:永磁同步電機(jī)、異步電機(jī)、步進(jìn)控制電機(jī)、牽引3電機(jī)、主推力電機(jī)等。

咨詢技術(shù)專題:電磁性能、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)降噪、疲勞耐久性、通風(fēng)散熱、多物理場(chǎng)耦合、可靠性、設(shè)計(jì)優(yōu)化。

安世中德電磁仿真咨詢的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在:

整機(jī)系統(tǒng)的三維性能分析。
全面的計(jì)算領(lǐng)域。各方面的性能計(jì)算,包括電磁設(shè)計(jì)、通風(fēng)計(jì)算、熱計(jì)算、機(jī)械計(jì)算、噪聲計(jì)算。
耦合場(chǎng)的分析應(yīng)用?？紤]多場(chǎng)之間的相互影響、相互耦合,成熟的多場(chǎng)載荷傳遞和場(chǎng)的耦合分析技術(shù)
仿真流程模板化開發(fā)。通過標(biāo)準(zhǔn)的仿真體系、仿真分析流程和仿真分析要點(diǎn),進(jìn)行電機(jī)仿真分析的封裝和模塊開發(fā),以能快速幫助用戶進(jìn)行電機(jī)的分析、研究和設(shè)計(jì)開發(fā)。
電機(jī)參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計(jì)。
電機(jī)性能的穩(wěn)健性和可靠性設(shè)計(jì)?？紤]進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)性能的穩(wěn)健性和可靠性評(píng)估,以提高電機(jī)產(chǎn)品的魯棒性和可靠性。

2、電機(jī)領(lǐng)域典型咨詢項(xiàng)目與專業(yè)系統(tǒng)列表

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3、專業(yè)系統(tǒng)——電機(jī)仿真計(jì)算模板系統(tǒng)

安世中德在長(zhǎng)期面向電機(jī)領(lǐng)域提供咨詢服務(wù)的過程中,通過實(shí)驗(yàn)與仿真的多次對(duì)比,積累了豐富的建模、參數(shù)選取和模型校正經(jīng)驗(yàn),使得計(jì)算結(jié)果可以與實(shí)驗(yàn)得到較好的吻合。在此基礎(chǔ)上梳理了分析的方法和流程,通過二次開發(fā)進(jìn)行了封裝和固化,建立了電機(jī)/多物理場(chǎng)仿真分析的完整規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)流程,形成了專用仿真系統(tǒng)。

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電機(jī)仿真模板系統(tǒng)

4、專業(yè)系統(tǒng)——變壓器電磁振動(dòng)噪聲模擬計(jì)算系統(tǒng)

變壓器振動(dòng)噪聲很大一部分是由于鐵芯材料在交變電磁力作用下的變形引起的。變壓器仿真計(jì)算軟件系統(tǒng)是集成變壓器模態(tài)計(jì)算、電磁場(chǎng)計(jì)算、電磁力振動(dòng)計(jì)算、磁致伸縮振動(dòng)計(jì)算和噪聲計(jì)算的仿真計(jì)算平臺(tái)。通過該仿真計(jì)算平臺(tái),將變壓器電磁振動(dòng)的整個(gè)分析流程及復(fù)雜的計(jì)算代碼進(jìn)行封裝,把設(shè)計(jì)過程中的各影響因素參數(shù)化,對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理,形成了標(biāo)準(zhǔn)化的變壓器電磁振動(dòng)噪聲分析的解決方案,實(shí)現(xiàn)專業(yè)化的快速仿真分析。

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變壓器電磁振動(dòng)噪聲模擬計(jì)算系統(tǒng)

5、電機(jī)電磁性能分析

電機(jī)電磁分析是電機(jī)設(shè)計(jì)的根本,電磁設(shè)計(jì)論證不充分,會(huì)引起電機(jī)后續(xù)設(shè)計(jì)中的一系列問題,如損耗、效率、溫升、散熱、振動(dòng)、噪聲、控制等。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程中采用的是磁路法,能快速得到電機(jī)的很多性能,但是分析精度不夠高,無法考慮的很多電機(jī)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)問題,例如結(jié)構(gòu)導(dǎo)角,孔對(duì)性能的影響,導(dǎo)體渦流效應(yīng),鐵心飽和效應(yīng),以及齒槽效應(yīng)等。目前電機(jī)的絕大部份電磁問題可以通過2D和3D的電磁場(chǎng)有限元分析來解決,極大的彌補(bǔ)了磁路法的不足,能夠更精確更全面的分析電機(jī)性能。計(jì)算內(nèi)容主要包括:

電機(jī)在啟/停過程中的電磁特性
電機(jī)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁通密度、磁通分布
電磁力和電磁力矩、矩角特性
空氣隙、齒部、軛部磁壓降計(jì)算、氣隙磁密計(jì)算、氣隙磁密分布曲線、極弧系數(shù)
漏磁系數(shù)
斜槽效應(yīng)
磁動(dòng)勢(shì)(EMF)與反電動(dòng)勢(shì)
考慮集膚效應(yīng),計(jì)算渦流
繞組電阻,繞組電抗,主電抗,漏電抗計(jì)算
電感矩陣參數(shù)(自感、互感)
電路計(jì)算、場(chǎng)路耦合問題
鐵芯和線圈的損耗、功率
焦耳熱

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電機(jī)3D瞬態(tài)磁場(chǎng)分析——分析模型、瞬態(tài)磁感應(yīng)強(qiáng)度分布

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某電機(jī)焦耳熱生成分析

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電機(jī)多切片場(chǎng)路耦合分析(2D電磁場(chǎng)分析考慮斜槽效應(yīng))

6、電機(jī)結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析

電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械計(jì)算是電機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分,它主要在電磁設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行。電機(jī)主要結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)都需要校核剛度,強(qiáng)度(包含靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度)以及振動(dòng)模態(tài)特性。在電機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析中主要考慮的問題包括:

鐵芯、繞組和螺栓連接等效處理
電機(jī)工作狀態(tài)下的剛強(qiáng)度(轉(zhuǎn)子離心力、電磁力、熱變形等)
轉(zhuǎn)子超速和飛逸工況下的剛強(qiáng)度
過盈裝配
零部件焊縫、轉(zhuǎn)子疲勞強(qiáng)度

通過對(duì)電機(jī)的結(jié)構(gòu)分析,以期能解決電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的強(qiáng)度、剛度、模態(tài)、振動(dòng)、疲勞、斷裂和工藝裝配等問題,而電機(jī)結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析則是重要的基礎(chǔ)分析。

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硅鋼片、鐵芯與繞組的力學(xué)等效建模

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定子整體變形(電磁力、溫升),定子應(yīng)力分布(電磁力、溫升),轉(zhuǎn)子徑向變形(溫升、離心力)

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子轉(zhuǎn)軸過盈裝配應(yīng)力分析、機(jī)座強(qiáng)度分析與FKM規(guī)范校核、座橡膠懸掛剛度計(jì)算與試驗(yàn)校核

7、電機(jī)振動(dòng)與噪聲分析

電機(jī)作為重要的動(dòng)力源,運(yùn)行時(shí)會(huì)受到電磁力、轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)、環(huán)境動(dòng)態(tài)載荷等激勵(lì),進(jìn)而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)振動(dòng),良好的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性是電機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。定子的固有頻率、轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速是否能夠避開轉(zhuǎn)動(dòng)頻率、工作頻率、激勵(lì)頻率,從而避免發(fā)生共振;對(duì)某些動(dòng)態(tài)激勵(lì),還需要評(píng)估電機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求,保證系統(tǒng)振動(dòng)不超標(biāo),不產(chǎn)生有害的振動(dòng)。所以必須要通過精確的仿真分析,來降低電機(jī)的振動(dòng)和噪聲。

電機(jī)結(jié)構(gòu)固有頻率和模態(tài)分析:復(fù)雜的電機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行合理地等效,使計(jì)算模型能夠代表真實(shí)電機(jī)系統(tǒng)的質(zhì)量和剛度分布,從而得到準(zhǔn)確有效的電機(jī)結(jié)構(gòu)固有頻率及對(duì)應(yīng)振型。

電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析:研究轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的振動(dòng)、平衡和穩(wěn)定性問題,尤其是研究接近或超過臨界轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的橫向振動(dòng)問題,有助于得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速、通過臨界轉(zhuǎn)速的狀態(tài)、動(dòng)力響應(yīng)、動(dòng)平衡和轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性特性。

電機(jī)機(jī)械振動(dòng)噪聲:包含轉(zhuǎn)子的不平衡振動(dòng)、軸承的撞擊和激振振動(dòng)、電刷滑動(dòng)音等。

電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲問題:定轉(zhuǎn)子氣隙產(chǎn)生的磁通,加轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的基本(主)磁通,存在的高次諧波磁通促使定子與轉(zhuǎn)子鐵心互相吸引的電磁力波作用,定子鐵心、轉(zhuǎn)軸彎曲移位產(chǎn)生振動(dòng),進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。

電機(jī)硅鋼片磁致伸縮振動(dòng):磁致伸縮是指電機(jī)硅鋼片鐵芯在交變磁場(chǎng)的作用下,發(fā)生微小的尺寸變化的現(xiàn)象,磁致伸縮使鐵心隨勵(lì)磁頻率的變化做周期性振動(dòng),噪聲隨之而來。

電機(jī)通風(fēng)噪聲:主要由風(fēng)扇和電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生,包括風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)壓力噪聲和渦流噪聲以及風(fēng)扇與通風(fēng)路內(nèi)空氣流動(dòng)其它部份的干涉而產(chǎn)生的噪聲。

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模態(tài)分析與試驗(yàn)對(duì)比

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電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)計(jì)算(振型、Campbell圖、渦動(dòng)軌跡)

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電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲分析(電磁振動(dòng)諧響應(yīng)分析、速度導(dǎo)入聲場(chǎng)、噪聲聲壓級(jí))

8、電機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞分析

對(duì)于承受交變載荷的結(jié)構(gòu),疲勞強(qiáng)度是其重要的性能指標(biāo)。電機(jī)在運(yùn)行中會(huì)受到電磁力、轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)、環(huán)境動(dòng)態(tài)載荷等激勵(lì),在長(zhǎng)期交變載荷作用下,轉(zhuǎn)軸幾何突變處、焊縫等地方容易萌生疲勞裂紋,對(duì)電機(jī)運(yùn)行安全產(chǎn)生威脅。通過有限元分析得到關(guān)注部位的受力或應(yīng)力狀況,結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及疲勞理論,即可在設(shè)計(jì)階段對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞壽命進(jìn)行定性分析,并據(jù)此調(diào)整結(jié)構(gòu),優(yōu)化性能,提高經(jīng)濟(jì)性。電機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞主要有:

電機(jī)轉(zhuǎn)子疲勞分析
電機(jī)焊縫疲勞分析
電機(jī)隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析

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電機(jī)轉(zhuǎn)軸疲勞分析

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電機(jī)基座隨機(jī)振動(dòng)與結(jié)構(gòu)應(yīng)力法焊縫疲勞分析

9、電機(jī)通風(fēng)散熱分析

近代電機(jī)大部采用較高的電磁負(fù)荷以提高材料的利用率,電機(jī)的單機(jī)容量也日益增大,電機(jī)通風(fēng)散熱能力是可靠性和壽命的重要保障。在電機(jī)的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,需要詳細(xì)考察總風(fēng)量、風(fēng)量分配以及通風(fēng)損耗和效率等指標(biāo)和條件,并盡可能的保證風(fēng)路簡(jiǎn)單,系統(tǒng)中的寄生渦流及風(fēng)摩損耗較低,加工制造容易,氣動(dòng)噪聲較低。

應(yīng)用CFD技術(shù)進(jìn)行通風(fēng)散熱分析,可以預(yù)測(cè)電機(jī)內(nèi)部的發(fā)熱情況和流體對(duì)系統(tǒng)的冷卻情況,準(zhǔn)確模擬電機(jī)各部位的溫度分布,特別是關(guān)注的齒槽內(nèi)繞組,端部繞組等關(guān)鍵位置影響評(píng)估絕緣等級(jí)處的溫度,從而對(duì)冷卻系統(tǒng),如通風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)扇、水路,冷卻器的冷卻效率進(jìn)行改進(jìn),使得電機(jī)內(nèi)部的溫度控制在一定的范圍內(nèi)。