電機模型仿真ansys的案例
今晚 | ANSYS官方永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真直播
性能優異的電機是電機及其控制系統的基礎，比如：
采用新型原材料和先進的磁路設計方法設計出高功率密度的電機，電機占用的幾何空間就越小，電機的有效材料的利用率就越高；
電機的效率越高，則可減小電機本體的發熱，提高電機的壽命，提高整個電機機電系統的效率；
齒槽轉矩越小的電機，將減少電機控制算法設計的難度，同時減小最終整個機電系統的NVH。
在電機型號確定后，性能優異的電機控制器將最大限度地發揮電機的效能。比如：
相對SPWM，采用SVPWM調制方法可以減小逆變器的開關損耗、提高母線電壓利用率；
采用單位電流最大轉矩控制方法（MTPA）,將在不增加逆變器容量的情況下，使電機輸出最大的轉矩。
ANSYS提供使用方便、高精度的電機本體及其控制系統開發仿真平臺。用戶先采用ANSYS有限元軟件，設計出性能優異的電機本體，然后采用ANSYS特有的電機降階模型抽取方法，基于有限元精確仿真的結果，提取出高精度的電機ECE模型，無縫輸入到ANSYS系統仿真軟件，在系統仿真軟件中搭建矢量控制電路等控制電路，做到控制算法和系統與電機本體的最佳匹配，在開發初期就可以對電機本體和控制系統作出有效評估。
對于只設計電機控制系統的用戶，也可以向其電機供應商索取與實際電機對應高精度的電機ECE模型，進行控制算法的仿真和優化。電機ECE模型只高精度體現電機外部特性，而不會泄露供應商實際的電機設計參數，在有效保護各方知識產權的同時，又促進了電機設計生產廠家和控制器設計生產廠家的高效合作。
主要內容綱要如下：
1. ANSYS電機本體及其控制系統仿真平臺介紹
2. ANSYS永磁同步電機電機的降階模型抽取方法
3.
展開 ANSYS永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真丨附招聘
在電機型號確定后，性能優異的電機控制器將最大限度地發揮電機的效能。比如：
相對SPWM，采用SVPWM調制方法可以減小逆變器的開關損耗、提高母線電壓利用率；
采用單位電流最大轉矩控制方法（MTPA）,將在不增加逆變器容量的情況下，使電機輸出最大的轉矩。
ANSYS提供使用方便、高精度的電機本體及其控制系統開發仿真平臺。用戶先采用ANSYS有限元軟件，設計出性能優異的電機本體，然后采用ANSYS特有的電機降階模型抽取方法，基于有限元精確仿真的結果，提取出高精度的電機ECE模型，無縫輸入到ANSYS系統仿真軟件，在系統仿真軟件中搭建矢量控制電路等控制電路，做到控制算法和系統與電機本體的最佳匹配，在開發初期就可以對電機本體和控制系統作出有效評估。
對于只設計電機控制系統的用戶，也可以向其電機供應商索取與實際電機對應高精度的電機ECE模型，進行控制算法的仿真和優化。電機ECE模型只高精度體現電機外部特性，而不會泄露供應商實際的電機設計參數，在有效保護各方知識產權的同時，又促進了電機設計生產廠家和控制器設計生產廠家的高效合作。
主要內容綱要如下：
1. ANSYS電機本體及其控制系統仿真平臺介紹
2. ANSYS永磁同步電機電機的降階模型抽取方法
3. ANSYS 結合電機本體高精度降階模型的矢量控制算法實現方法
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展開 電機仿真系列-基于模糊PID的直流電機Simulink模型
代碼：
3、系統仿真與分析
為分析模糊控制器控制性能．針對直流電機控制系統．利用模糊控制技術設計轉速調節器．電流調節器依然采用傳統PI控制．用Matlab／Simulink仿真工具進行了系統仿真。并和傳統內外環均采用PID控制的系統指標進行了比較。
從仿真結果可以看出。模糊PID控制系統具有超調量小、魯棒性和抗負載擾動能力強的優點。由于模糊PID的設計比較簡單，容易實現，控制效果也更出色。
Simcenter 3D 電機振動噪聲仿真模型案例
電機作為一個能量轉化率高，轉速平穩，噪聲水平低的設備被應用到越來越多的場景中。但隨著振動噪聲要求的不斷提高，低噪聲的電機也不能達到我們的而標準。如何通過仿真快速得到電機的噪聲，并解決電機的噪聲問題，西門子Simcenter 3D提供了電機噪聲的仿真解決方案。
首先我們需要對電機進行電磁場仿真。在這里西門子也有相應的解決方案，通過Simcenter 3D EM（原Infolytica）對電機進行電磁場仿真。當然用戶也可以通過其他的電磁仿真軟件進行仿真，將得到的電機定子表面的力導出。
第一步完成后，在Simcenter 3D Acoustics將導出的力加載到電機定子的有限元模型上，然后計算就可以得到電機的振動和噪聲。接下來將詳細的介紹這一過程。
首先將電機的模型導入Simcenter 3D，然后進行聲網格、結構網格以及麥克風網格的劃分，劃分結果如圖1所示
圖1 網格劃分
這一步我們將建立一層將結構和電磁網格連接起來的網格，用于加載電磁力，如圖2所示。
展開 
電機振動噪聲建模分析:基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
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。
文章來源：西莫電機論壇
案例教學 | ANSYS電機ECE模型抽取方法
ECE又稱等效電路模型，它是基于表格的等效模型，表格參數來源于預先的有限元計算結果。ECE模型可用于控制電路分析、系統分析、硬件在環分析等。它具有模型計算速度快，精度高的優點。
在電機設計過程中，通常需將電機與控制系統進行矢量控制算法聯合仿真，以更準確評估控制算法的穩健性和準確性。控制系統聯合仿真過程中，由于控制器開關頻率高，仿真步長通常為微秒級別，計算調速、啟動等工況時往往需要計算上百萬個時間步長，如果直接將有限元模型直接與控制系統進行聯合仿真，需要計算幾天時間，不利于產品研發與優化。
Ansys支持電機降階模型抽取，通過對電機有限元結果進行降階抽取，等效抽取的結果是基于有限元計算得到的數據表，在控制系統聯合仿真過程中只需通過查表得方法就能得到電機得性能，因此將抽取后的結果應用到系統仿真中，既保證了精度也提高了速度。
以永磁電機為例，在Maxwell有限元場計算中，有限元模型對電流和轉子位置角掃描，掃描后得到的有限元結果通過降階模型保存在數據表中形成ECE模型，可將ECE模型直接在Simplorer(Twin-Builder)進行分析計算，也可以將ECE模型送到控制當中進行高級控制系統仿真。由于抽取的ECE結果是基于有限元計算得到的，因此ECE結果精度非常高，與有限元結果幾乎一樣。
圖 1 控制器與有限元電機模型聯合仿真
圖 2 控制器與ECE模型聯合仿真
圖 3 ECE與有限元力矩對比
圖 4 ECE與有限元繞組電流對比
在電機ECE模型抽取過程中，需要將三相繞組的激勵方式改成外電路。該步驟只是用于ECE模型抽取，與電機實際需不需要設置外電路無關。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys 電機NVH仿真分析流程介紹
『點擊觀看直播回放』
本次網絡研討會介紹如何利用Ansys 2020 R1，在有限元環境下，精確分析電機的振動噪聲：利用Maxwell2D/3D快速仿真電機在多轉速下定/轉子表面的頻域電磁力并無縫鏈接到Workbench平臺Harmonic Response模塊進行多轉速諧響應分析，得到電機的ERP Level Waterfall圖，用于分析電機在各轉速下的諧振情況；同時多轉速諧響應分析結果也可傳遞到Harmonic Acoustics模塊進行Sound Power Level Waterfall的分析，用于進一步對電機噪聲水平進行評估。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
近期發布的Ansys 2020 R1帶來全新升級的功能，首場新品發布已于2月25日成功舉辦。現在，隆重向大家推出Ansys行業應用大講堂“仿真體系建設驅動數字創新”系列在線研討會；5月，我們還將迎來兩大全新網絡研討會專題：芯片SI/PI與可靠性分析系列，以及Ansys 2020 R1針對SI/PI和EMC技術亮點及案例系列。我們非常有幸邀請到多位高級工程師為系列專題助陣，將陸續為大家帶來多個熱門主題，歡迎積極報名參加并關注后續精彩內容！
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展開 應用于系統仿真中的電機多回路模型
觀察上圖我們可以看到電機 dq 模型的轉矩曲線在最大值上偏大，這是因為 dq 電機模型無法考慮磁飽和因素的影響。綠色的曲線表示電機多回路轉矩曲線和藍色的電機有限元模型的轉矩曲線比較相近。說明多回路電機模型在系統仿真中比電機 dq 模型更加靠近有限元聯合仿真模型結果。而我們一般認為電機有限元聯合仿真結果跟電機在實際運行結果是最接近的。
因此我們可以在電機系統設計分析中采用電機多回路模型。并且相對于電機 dq 模型，多回路模型更加準確；相比于有限元聯合仿真模型，雖然多回路模型在準確性上會稍差，但是在仿真時間上將大大縮減。（上圖中的該電機系統，仿真時間為0.05s，
定步長 1e-5s，聯合仿真需要運行一個小時，而多回路模型只需要有運行 3-4 鐘。）
展開 ANSYS ACP復合材料鋪層固定機翼蒙皮肋筋仿真，附講解視頻及模型文件 ￥98
附帶詳細講解視頻和案例模型
1. 概述
本指導文檔旨在幫助新手使用?ANSYS Composite PrepPost（ACP）模塊進行復合材料的分析。本教程以機翼蒙皮為案例，結合本教程，您將學習如何創建復合材料模型、定義材料屬性、設置鋪層、進行網格劃分、施加載荷和邊界條件，并最終求解和分析結果。
2. 操作流程
2.1 幾何處理
1. 幾何導入與處理：
o 在 SpaceClaim 或其他三維軟件（如CATIA、SolidWorks、Inventor等）中對幾何模型進行預處理，確保模型的完整性和準確性。
o 對于機翼蒙皮和肋板等復雜結構，需將蒙皮和肋板分割為獨立的面或體，以便后續定義接觸關系和鋪層順序。在接觸區域（如蒙皮與肋板的連接處），需進行精確的幾何分割，確保接觸面清晰且邊界明確。
o 為了便于共節點識別或接觸定義，可在接觸區域生成輔助線或面，確保網格劃分時節點對齊，避免因網格不匹配導致計算錯誤。
2.2 材料定義
1. 在左側Component Systems找到ACP模塊，拖拽到A模塊下Gometry下，這樣可以利用前面已有的模型。
2. 雙擊E模塊下的model，打開mechanical界面。
3. 在E模塊下雙擊Engenering Data，找到材料數據庫，對模型材料進行設置，添加碳纖維（Carbon Fiber 290）、環氧樹脂（Epoxy Carbon UD 230）和PVC Foa 60材料。
4. 定義材料的彈性模量、泊松比等屬性。
5.
展開 Ansys空心杯電機仿真方案
空心杯電機本體仿真
定子繞組建模是空心杯電機仿真的關鍵
空心杯線圈UDP
-Maxwell內嵌的空心杯線圈CupCoil UDP能夠快速輕松的建立線圈的全參數化幾何模型
-后續可以簡單的對線圈的直邊長、節距等設計參數進行參數和優化分析
空心杯電機繞組建模
-按如下參數生成空心杯電機的單個繞組
-沿Z軸復制生成六個繞組
生成空心杯電機完成模型
-外部輸入或直接在Maxwell內部建立電機定子、轉子、永磁體模型，裝配成完整的空心杯電機模型，并賦予相應的材料特性。
空心杯電機3D模型仿真
-外部輸入或直接在Maxwell內部建立電機定子、轉子、永磁體模型，裝配成完整的空心杯電機模型，并賦予相應的材料特性。
-把3D模型沿Z軸切割，可得如下空心杯2D模型，設置合適的模型深度和等效材料特性，并對繞組重新進行分相后，也可以仿真空心杯電機的特性，仿真速度遠快于3D模型。
空心杯電機等效電路模型提取
采用對有限元模型的定子電流和轉子位置進行遍歷的方式，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。
-把繞組的激勵類型設置為外部External，并設置繞組初始電流為0。
-插入一個Maxwell外電路激勵。
展開 基于ANSYS的水冷電機控制器散熱仿真分析
摘 要：
電機控制器中的主要散熱器件有電容和IGBT等,其散熱性能直接關系到電機的輸出。以控制器中的8個電容及3個IGBT為主要熱源,采用有限元分析的穩態熱模塊及流體模塊,分別對其進行溫度仿真分析,分析對比在使用水冷散熱前后主要發熱器件的散熱狀態,得出水冷散熱的仿真效果比常態下的溫度降低約27℃,為實際產品的設計生產提供支撐。
關鍵詞：控制器;水冷;熱仿真;
0 引言
隨著電子產品小型化的發展，控制器的尺寸隨著元器件的小型化逐漸減小，但元器件的熱功率密度越來越大，其運行時會產生大量的熱，為此研究主要元器件在狹窄結構空間的散熱，保證其不超過耐熱極限[1,2]。水的比熱容是空氣的4倍，選用水冷板對其進行散熱處理，可以提高散熱效率[3,4]。以5.5 k W控制器為例，對其主要發熱器件電容及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵極型晶體管）進行熱仿真分析。
1 控制器的前處理
1.1 控制器結構降階處理
對5.5 k W控制器進行3D建模，顯示控制器有1215個部件，控制器模型如圖1所示。若全部仿真會使模擬計算量和時間增加，一般需要進行模型降階處理[5]。
圖1 控制器模型
保留控制器的主要發熱器件為8個電容及3個IGBT，保留殼體及水冷板。將殼體外部的航空插頭、發熱不嚴重的電路板及控制器外殼的螺紋孔全部填補完整。將水冷板的殼體與水道使用布爾減的方法進行分離，防止后期網格劃分時，將殼體和水道劃為整體，導致網格劃分不合適，計算失敗。模型降階情況如圖2所示。
1.2 控制器網格設置
網格劃分的好壞直接關系到計算的結果和計算時間的長短，所以在進行網格劃分的時候，優先選擇曲面狀的物體進行網格劃分，這樣在網格劃分的時候就可以保證曲面的完整性。
展開 
基于模型開發（MBD）的電機效率圖有限元仿真分析
1 基于模型的開發和效率圖
在MBD中，無需等待真實樣機制造完成就可以評估電機的特性。電機效率圖是電機驅動系統開發中的重要評價項目之一。因此，有必要利用有限元仿真獲得高精度的電機效率圖。
但是，如果我們談論效率圖評估，則根據開發階段的不同，效率圖的準確性和計算時間成本也會有所不同。在這里，我們考慮以下兩個階段的效率圖評估：
概念設計。
詳細的性能評估。
在概念設計中，當改變電機的拓撲和形狀時，評估機器的特性。因此，有必要評估每個電機結構方案的效率圖。為了評估大量方案，必須限制一次生成效率圖所花費的成本（計算時間）。另一方面，在詳細性能評估階段，通常會制作樣機，并在電機臺架上進行性能評估。在MBD中，臺架試驗被模擬虛擬試驗代替。因此，在仿真中，需要一個相當于真實機器的精度。
利用有限元分析軟件[1][2]可以通過模擬評估效率圖。然而，很少有文章提到上述每個開發階段的map評估。本文詳細闡述了性能評估中的概念設計和效率圖生成評估方法。此外，還將闡述生成Map圖所需的精度及其計算成本。
圖1和表1顯示了本文案例的電動機及其規格。
展開 白皮書 | Ansys電機NVH仿真解決方案
借助Maxwell中提供的基于模板的設計功能，整個電機設計可以自動完成。于是，工程師只需輸入典型電機參數，如相數、極數、槽數、線圈節距、材料參數等，Maxwell就可以自動生成電機模型。在Maxwell中，工程師可以仿真各種工況下（包括不同的速度、電流、功率、扭矩等）的電機特性，并計算電機運行過程中的電磁力。計算電機電磁力是結構分析和聲學分析的重要步驟，也是預測NVH的第一步。
Maxwell可以計算基于物體的或基于單元的電磁力，支持對電機在理想裝配和偏心裝配下電磁力的精確計算。計算過程中，電機定子齒部上的電磁力，以及由于高頻開關或故障狀況下產生的雜散力，都可以準確建模。Maxwell還可以對故障狀況進行準確地分析，例如不同類型的偏心率造成的電機不平衡磁拉力。此外，時域內多種電機速度條件下的徑向力、切向力、軸向力和力矩都可以被計算，并通過傅里葉變換轉換到頻域。
值得注意的是，為了提高仿真效率、盡量縮短仿真時間并減少計算資源，在Maxwell中可自動生成最小的仿真模型。在分析中，使用其對稱拓撲可以獲得各種速度下完整模型的電磁力和磁場分布，然后，就可以根據模板自動生成電機外殼。此外，工程師還可以將電機模型和外殼模型直接導入Ansys Maxwell。
先進的后處理功能可以生成電機內部的磁力線，以及磁場強度的矢量圖或云圖。工程師能夠對磁場數據進行交互式處理，全面展現電機內部的電磁特征和各種力。
Ansys Mechanical中電機和外殼的結構諧響應分析
通過Ansys多物理場分析平臺Workbench，電磁力可以傳遞到Mechanical中，作為Mechanical的輸入，用于分析系統的結構動態響應。基于物體的電磁力映射方法（見圖4），可用于每個齒部都獨立建模的模型。這種方法適用于二維電磁場與三維結構場的耦合。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys 基于聯合仿真的電機聲品質解決方案
『點擊觀看直播回放』
電動傳動系統噪聲成作為新能源汽車內部的最大噪聲源一直備受關注，其中由于電機噪音與傳統內燃機噪音截然不同的聲音特征，也讓傳統的NVH分析工具在面對電機的聲品質問題時顯得力不能及。Ansys VRXPERIENCE Sound聯合多物理場仿真工具，協助用戶在電機及電動車從早期設計和驗證階段開始就能準確的評價和優化電機的NVH特性，為其提供一個高效多維度的電機聲品質設計及驗證解決方案。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
近期發布的Ansys 2020 R1帶來全新升級的功能，首場新品發布已于2月25日成功舉辦。現在，隆重向大家推出Ansys行業應用大講堂“仿真體系建設驅動數字創新”系列在線研討會；5月，我們還將迎來兩大全新網絡研討會專題：芯片SI/PI與可靠性分析系列，以及Ansys 2020 R1針對SI/PI和EMC技術亮點及案例系列。我們非常有幸邀請到多位高級工程師為系列專題助陣，將陸續為大家帶來多個熱門主題，歡迎積極報名參加并關注后續精彩內容！
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展開 永磁同步電機降階模型抽取和矢量控制算法仿真
1 前言
在電機設計特別是新能源汽車永磁同步電機設計過程中，通常需將電機與控制系統進行矢量控制算法聯合仿真，以得到更加精確得仿真分析結果。控制系統聯合仿真過程中，由于控制器開關頻率高，仿真步長短，計算時間長等特點，如果直接將有限元模型直接與控制系統進行聯合仿真，仿真時間跟速度通常無法滿足工程需要。為此，介紹一種永磁同步電機降階模型抽取方法，通過對永磁電機有限元結果進行降階抽取，等效抽取的結果是基于有限元計算得到的數據表，在控制系統聯合仿真過程中只需通過查表得方法就能得到電機得性能，因此將抽取后的結果應用到系統仿真中，既保證了精度也提高了速度。
控制系統聯合仿真電路模型
2 永磁同步電機降階模型原理
將永磁同步電機的電流及轉子位置角度進行掃描，在有限元里面進行分析計算，得到永磁電機的轉矩跟磁鏈結果，將這些結果保存在一個數據表中，由于轉矩跟磁通結果是經過有限元計算得到的，因此數據表的精度非常高。若將這個數據表放到控制系統仿真當中，則計算結果非常快，只需在里面查表就可得到電機的電磁性能。
在Maxwell有限元場計算中，有限元模型對電流和轉子位置角掃描，掃描后得到的有限元結果通過降階模型保存在數據表中形成ECE模型，可將ECE模型直接在Simplorer(Twin-Builder)進行分析計算，也可以將ECE模型送到控制當中進行高級控制系統仿真。
由于抽取的ECE結果是基于有限元計算得到的，因此ECE結果精度非常高，與有限元結果幾乎一樣。
ECE與FEA結果對比
3 永磁同步電機降階模型簡介
ECE模型又稱ROM降階模型、狀態空間模型，它是基于表格的電路模型，表格參數來源于預先的有限元計算結果。
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