搜索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)是一個集電氣、機(jī)械、動力學(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)子動力學(xué)、振動降噪、疲勞耐久性、通風(fēng)散熱、多物理場耦合、可靠性、設(shè)計(jì)優(yōu)化。
安世中德電磁仿真咨詢的優(yōu)勢體現(xiàn)在:
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整機(jī)系統(tǒng)的三維性能分析。
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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。
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耦合場的分析應(yīng)用?？紤]多場之間的相互影響、相互耦合,成熟的多場載荷傳遞和場的耦合分析技術(shù)
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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)。
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電機(jī)參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計(jì)。
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電機(jī)性能的穩(wěn)健性和可靠性設(shè)計(jì)。考慮進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)性能的穩(wěn)健性和可靠性評估,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
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)。
電機(jī)仿真模板系統(tǒng)
4、專業(yè)系統(tǒng)——變壓器電磁振動噪聲模擬計(jì)算系統(tǒng)
變壓器振動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、電磁場計(jì)算、電磁力振動計(jì)算、磁致伸縮振動計(jì)算和噪聲計(jì)算的仿真計(jì)算平臺。通過該仿真計(jì)算平臺,將變壓器電磁振動的整個分析流程及復(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噪聲分析的解決方案,實(shí)現(xiàn)專業(yè)化的快速仿真分析。
變壓器電磁振動噪聲模擬計(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、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:
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電機(jī)在啟/停過程中的電磁特性
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電機(jī)的電場、磁場強(qiáng)度、磁通密度、磁通分布
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電磁力和電磁力矩、矩角特性
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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)
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漏磁系數(shù)
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斜槽效應(yīng)
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磁動勢(EMF)與反電動勢
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考慮集膚效應(yīng),計(jì)算渦流
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繞組電阻,繞組電抗,主電抗,漏電抗計(jì)算
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電感矩陣參數(shù)(自感、互感)
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電路計(jì)算、場路耦合問題
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鐵芯和線圈的損耗、功率
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焦耳熱
電機(jī)3D瞬態(tài)磁場分析——分析模型、瞬態(tài)磁感應(yīng)強(qiáng)度分布
某電機(jī)焦耳熱生成分析
電機(jī)多切片場路耦合分析(2D電磁場分析考慮斜槽效應(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:
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鐵芯、繞組和螺栓連接等效處理
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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)
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轉(zhuǎn)子超速和飛逸工況下的剛強(qiáng)度
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過盈裝配
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零部件焊縫、轉(zhuǎn)子疲勞強(qiáng)度
通過對電機(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、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。
硅鋼片、鐵芯與繞組的力學(xué)等效建模
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)
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)振動與噪聲分析
電機(jī)作為重要的動力源,運(yùn)行時會受到電磁力、轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)、環(huán)境動態(tài)載荷等激勵,進(jìn)而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)振動,良好的結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性是電機(jī)長期穩(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)動頻率、工作頻率、激勵頻率,從而避免發(fā)生共振;對某些動態(tài)激勵,還需要評估電機(jī)產(chǎn)生的振動是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求,保證系統(tǒng)振動不超標(biāo),不產(chǎn)生有害的振動。所以必須要通過精確的仿真分析,來降低電機(jī)的振動和噪聲。
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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)固有頻率及對應(yīng)振型。
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電機(jī)轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析:研究轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的振動、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)、動力響應(yīng)、動平衡和轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性特性。
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電機(jī)機(jī)械振動噪聲:包含轉(zhuǎn)子的不平衡振動、軸承的撞擊和激振振動、電刷滑動音等。
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電機(jī)電磁振動噪聲問題: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,進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。
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電機(jī)硅鋼片磁致伸縮振動:磁致伸縮是指電機(jī)硅鋼片鐵芯在交變磁場的作用下,發(fā)生微小的尺寸變化的現(xiàn)象,磁致伸縮使鐵心隨勵磁頻率的變化做周期性振動,噪聲隨之而來。
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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)空氣流動其它部份的干涉而產(chǎn)生的噪聲。
模態(tài)分析與試驗(yàn)對比
電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子動力學(xué)計(jì)算(振型、Campbell圖、渦動軌跡)
電機(jī)電磁振動噪聲分析(電磁振動諧響應(yīng)分析、速度導(dǎo)入聲場、噪聲聲壓級)
8、電機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞分析
對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)行中會受到電磁力、轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)、環(huán)境動態(tài)載荷等激勵,在長期交變載荷作用下,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:
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電機(jī)轉(zhuǎn)子疲勞分析
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電機(jī)焊縫疲勞分析
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電機(jī)隨機(jī)振動疲勞分析
電機(jī)轉(zhuǎn)軸疲勞分析
電機(jī)基座隨機(jī)振動與結(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)測電機(jī)內(nèi)部的發(fā)熱情況和流體對系統(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)鍵位置影響評估絕緣等級處的溫度,從而對冷卻系統(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)。
某無刷電機(jī)強(qiáng)制風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)分析(電機(jī)模型、流速分布、端蓋處溫度分布)
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