Ansys空心杯電機(jī)仿真方案

Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖1

空心杯電機(jī)本體仿真

定子繞組建模是空心杯電機(jī)仿真的關(guān)鍵
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖2
空心杯線圈UDP
-Maxwell內(nèi)嵌的空心杯線圈CupCoil UDP能夠快速輕松的建立線圈的全參數(shù)化幾何模型
-后續(xù)可以簡(jiǎn)單的對(duì)線圈的直邊長(zhǎng)、節(jié)距等設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)和優(yōu)化分析

Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖3

Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖4

空心杯電機(jī)繞組建模
-按如下參數(shù)生成空心杯電機(jī)的單個(gè)繞組
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖5
-沿Z軸復(fù)制生成六個(gè)繞組
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖6
生成空心杯電機(jī)完成模型
-外部輸入或直接在Maxwell內(nèi)部建立電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、永磁體模型,裝配成完整的空心杯電機(jī)模型,并賦予相應(yīng)的材料特性。
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖7
空心杯電機(jī)3D模型仿真
-外部輸入或直接在Maxwell內(nèi)部建立電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、永磁體模型,裝配成完整的空心杯電機(jī)模型,并賦予相應(yīng)的材料特性。
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖8
-把3D模型沿Z軸切割,可得如下空心杯2D模型,設(shè)置合適的模型深度和等效材料特性,并對(duì)繞組重新進(jìn)行分相后,也可以仿真空心杯電機(jī)的特性,仿真速度遠(yuǎn)快于3D模型。
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖9

空心杯電機(jī)等效電路模型提取

采用對(duì)有限元模型的定子電流和轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行遍歷的方式,基于高精度的有限元仿真提取出空心杯電機(jī)的精確等效電路模型,然后可在TwinBuilder中利用該等效電路模型搭建外部的控制電路和控制算法,從而既保證仿真精度,又保證仿真速度。
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖10
-把繞組的激勵(lì)類型設(shè)置為外部External,并設(shè)置繞組初始電流為0。
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖11
-插入一個(gè)Maxwell外電路激勵(lì)。

Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖12

-在外電路激勵(lì)圖中加上三相繞組部件ECE3_Model,旋轉(zhuǎn)部件ECER_Model和地GND部件。
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖13
-選擇部件ECE3_Model,右鍵選擇Properties,進(jìn)行如下設(shè)置:
1)Windings: Winding_A, Winding_B, Winding_C
2)CurrentSweep: (1A,20)
3)PhAngIntervals: 2
4)其它用默認(rèn)設(shè)置

Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖14

-選擇部件ECER_Model,右鍵選擇Properties,進(jìn)行如下設(shè)置:
1)RotAngMax: 60 deg
2)InElecDeg: Uncheck
4)RotAngIntervals: 15
5)Poles: 4
6)其它用默認(rèn)設(shè)置
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖15
-保存文件設(shè)置,菜單操作Maxwell Circuit>Export Netlist, 文件名:MaxCir1_Maxwell2DDesign_FOR_ECE,文件格式為.sph
-選擇Maxwell Desisgn: Maxwell2DDesign_FOR_ECE,菜單操作 Maxwell 2D > Excitations > External Circuit > Edit External Circuit > Import Circuit Netlist ,選擇文件MaxCir1_Maxwell2DDesign_FOR_ECE.sph,點(diǎn)擊OK。菜單操作Maxwell 2D > Analyze All,求解完成后選擇保存。
-建立一個(gè)新的TwinBuilder Design,把Design的名稱修改為:TwinBuilder_B5_ece1,菜單操作TwinBuilder Circuit > SubCircuit > Maxwell Component > Add Equivalent Circuit,如下圖,在當(dāng)前的工程文件Current Project中,選擇Maxwell2DDesign_FOR_ECE。
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖16
-點(diǎn)擊Extract Equivalent Circuit,然后點(diǎn)擊OK,則電機(jī)高精度等效電路模型輸入到了TwinBuilder中,如下圖。至此空心杯電機(jī)高精度的等效電路已經(jīng)作為一個(gè)部件添加到了TwinBuilder中,后續(xù)可以設(shè)計(jì)外圍的控制電路和控制算法,進(jìn)行聯(lián)合仿真。
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖17

空心杯電機(jī)控制算法及系統(tǒng)仿真

-基于空心杯電機(jī)的等效電路模型,搭建如下的無(wú)刷直流電機(jī)BLDC的方波控制算法和電路。
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖18
-主電路三相逆變橋電路。
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖19
-電機(jī)及其負(fù)載電路,電機(jī)剛開(kāi)始空載,電機(jī)只克服電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng);在某時(shí)間點(diǎn)突加負(fù)載。
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖20
-空心杯電機(jī)BLDC換相及限流電路,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),控制算法根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的不同,觸發(fā)不同的IGBT橋臂導(dǎo)通,可采用120度或180度導(dǎo)通模式。
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖21
-空心杯BLDC電機(jī)三相電流,隨著轉(zhuǎn)速的升高,電機(jī)相電流切換速度越快。
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖22
-空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)軸輸出轉(zhuǎn)矩曲線(紅色)和轉(zhuǎn)速曲線(綠色);在200ms處突加負(fù)載,轉(zhuǎn)速曲線斜率下降,也就是電機(jī)加速度下降。
Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖23



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Ansys空心杯電機(jī)仿真方案的圖24

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