下面介紹一下基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析： 

電動機與發電機等電力設備的噪聲起因很多，有電磁振動噪聲、機械噪聲及流致噪聲等等，本文通過ANSYS公司的官方案例為操作背景，詳細介紹如何將作用在定子上的瞬態電磁力作為結構諧響應分析的載荷計算振動噪聲。

1.電磁模型建立與分析

圖1 電機模型

電機的電路模型如圖2所示。

圖2 電機電路模型

1）啟動Workbench。在Windows XP下單擊“開始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench15命令，即可進入Workbench主界面。

2）保存工程文檔。進入Workbench后，單擊工具欄中的按鈕，將文件保存為“zhendongzaosheng.wbpj”，單擊Getting Started窗口右上角的（關閉）按鈕將其關閉。

3）雙擊Toolbox→Analysis System→RMxprt模塊建立項目A，如圖3所示。

4）雙擊項目A中的A1欄進如RMxprt電機設置平臺，如圖4所示。

圖3  RMxprt模塊     圖4 RMxprt平臺

5）依次選擇菜單RMxprt→Machine Type，在彈出的電機類型選擇對話框中單擊Generic Rotating Machine選項，單擊OK按鈕，如圖5所示。

6）單擊Project Manager→RMxprt→Machine選項，在下面出現屬性設置對話框中作如下設置：

在Source Type欄中選擇AC選項；

在Structure欄中選擇Inner Rotor選項；

在Stator Type欄中選擇SLOT_AC選項；

在Rotor Type欄中選擇PM_INTERIOR選項，如圖6所示。

圖5 RMxprt模塊       圖6  RMxprt平臺

圖7 Stator設置    圖8 Slot設置

9）單擊Project Manager→RMxprt→Machine→Stator→Core選項，在下面出現屬性設置對話框中作如下設置：

在Outer Diameter欄中輸入120，單位保持默認即可；

在Inner Diameter欄中輸入75；

在Length欄中輸入65；

在Stacking Factor欄中輸入0.95；

在Steel Type欄中單擊按鈕；

在材料選擇對話框中選擇M19_24G_2DSF0.950材料單擊確定按鈕，如圖9所示。

圖9 Core設置

圖10 Winding設置

圖11 Rotor設置     圖12 Core設置

圖13  Pole設置   圖14 Shaft設置

圖15 求解器設置   圖16 RMxprt設置

17）選擇菜單RMxprt→Analysis All子菜單，進行計算，當計算結束后，通過RMxprt→Analysis Setup→Create Maxwell Design子菜單將RMxprt模型導出到Maxwell中，此時將啟動腳本語言進行數據傳遞，傳遞完成后如圖17所示。

圖17 數據傳遞

圖18 刪除幾何      圖19 導入幾何

圖20 幾何實體               圖21 創建圓

圖22 模型分割

30）雙擊OuterRegion→CteateUserDefinedPart命令，在彈出的如圖23所示對話中的DiaYoke欄中將120更改為140，并單擊確定按鈕。

圖23 求解區域

35）選擇所有ToothTips幾何，依次選擇菜單中的Maxwell2D→MeshOperations→Assign→Surface Approximation命令，并將其命名為SurfApprox_ToothTips，設置最大曲面分割長度為0.001mm，單擊確定按鈕。

通過以上操作后，網格設置將如圖24所示。

圖24 網格設置

 圖25 設置求解器類型        圖26 初始值

38）開啟諧響應力學計算命令。依次選擇菜單Maxwell2D→Enable Harmonic ForceCalculation命令，在彈出的如圖27所示的對話框中勾選所有ToothTips幾何。

圖27  電磁力耦合

39）求解計算。右鍵單擊Project Manager中的Analysis→Setup1命令，在彈出的快捷菜單中選擇如圖28所示的Analyze命令，進行求解計算，求解需要一定的時間。

 圖28 求解模型

40）在Results選項卡中單擊右鍵，如圖29所示，依次選擇Create Transient Report→Rectangle Plot，在彈出的對話框的Category中選擇Winding，在Quantity欄中選擇三個Current，并單擊New Report按鈕。

圖29 后處理

41）顯示三項電流變化曲線圖如圖30所示。

圖30 電流變化圖

42）如圖31所示為不同時刻的轉矩圖。

圖31 轉矩圖

43）關閉Maxwell平臺，回到Workbench平臺。

2.結構振動分析環境

1）如圖32所示諧響應分析模塊。

圖32 創建電磁分析環境

2）安裝ACT噪聲計算模塊。依次選擇菜單Extensions→InstallExtension命令，在彈出的如圖33所示打開對話框中選擇ACT_Acoustics_R150_V40.wbex文件。

圖33 添加分析模塊

3）依次選擇Extensions→Manage Extensions命令，在彈出的如圖34所示Manage Extensions對話框中選中ExtAcoustics選項，單擊Close按鈕。

圖34 載入分析模塊

4）右鍵選擇項目B中的B3（Geometry），在彈出的如圖35所示快捷菜單中導入3DStator.agdb格式的文件。

5）單擊A4欄不放手直接拖拽到B5欄中，如圖35所示。

6）右鍵選擇A4欄，在彈出的如圖36所示的快捷菜單中選擇Update命令。

圖35 數據傳遞          圖36 更新數據

7）雙擊B3進入到幾何建模平臺——DM平臺中。

選擇所有內側面（共計48個）然后創建Named Selection并命名為ToothTips，如圖37所示。

圖37 創建命名

8）雙擊B4進入到Mechanical平臺中。

9）在Project→Model（B4）→Mesh命令上單擊右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇GenerateMesh命令，如圖38所示。

10）如圖39所示為劃分完成后的網格模型。

圖38 網格設置        圖39 網格模型

圖40 分析設置   圖41 邊界條件

圖42 設置坐標系

14）如圖43所示，右鍵選擇Imported RemoteLoads命令，在彈出的快捷菜單中選擇GenerateRemote Loads命令，經過一段時間計算，映射完后的力如圖44所示，并將所有轉矩載荷抑制掉。

圖43 導入載荷     圖44 力圖

圖45 位移云圖            圖46 應力云圖

18）諧響應曲線如圖47所示。

圖47 諧響應圖

19）相角曲線顯示如圖48所示。

    圖48 相角曲線圖

20）各個頻率柱狀圖與數值，如圖49所示。

圖49 柱狀圖

3.噪聲分析環境

1）右鍵選擇B1，在彈出的菜單中選擇復制命令，此時將創建一個項目C，將項目C命名為Acoustic，并刪除連接線，如圖50所示。

圖50 復制項目

2）將項目B中的B6直接拖拽到項目C中的C5中，如圖51所示。

圖51 數據傳遞

3）右鍵單擊C3導入幾何文件名為Geom.stp的幾何，雙擊C3中進入DM平臺，如圖52所示，外表面命名為outer，內表面命名為extsurf，并將兩個幾何From newpart形成一個組件。

圖52 導入幾何

圖53 網格類型      圖54 網格尺寸

圖55 分析設置     圖56 噪聲體設置

9）如圖57所示，在extsurf流固耦合表面導入速度邊界條件，在Source Bodies中選擇All選項。

圖57 速度邊界

10）如圖58所示，在outer表面設置為輻射表面。

圖58 輻射邊界

11）經過有限元計算后如圖59所示為0度相角的聲壓壓強分布。

12）如圖60所示為0度相角的聲壓級分布。

圖59 聲壓       圖60 聲壓級

13）示通過修改計算因子得到A記權的聲壓級如圖61所示。

圖61  A記權聲壓級

4.結論

本操作案例僅介紹了如何在ANSYS Workbench平臺上，通過Maxwell電磁模塊與Mechanical模塊進行電機的電磁結構噪聲仿真的操作流程，對電機實際結構進行仿真計算時需要充分考慮電機的結構特點。