電機學的案例
基于ansys的電機轉子的動力學分析
基于ansys的電機轉子的動力學分析
此文使用BEAM188單元模擬轉子的軸，使用MASS21單元模擬轉子，使用COMBI模擬軸承建立了電子轉子的有限元模型，并且進行了諧響應分析找出了兩個共振點分別是162Hz和240Hz，得出ansys可以很好的解決轉子動力學問題。
文章地址：http://www.docin.com/p-54444168.html#
計算流體動力學(CFD)方法在電機通風冷卻結構優化中的應用
通風冷卻技術是大型電機設計的關鍵技術之一，對電機的尺寸和性能有著重要的影響。由于
大型水輪發電機的試驗數據很難獲得，因此，可綜合應用比例模型試驗、網絡法和三維計算流體動力學
(CFD)改善電機中風量分布的均勻性，以控制溫度，避免溫度過高縮短電機壽命。
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電機驅動裝置懸掛參數對_彈性架懸_機車動力學性能的影響
摘要: 利用多體動力學軟件SIMPACK 建立“彈性架懸”機車的半車簡化模型和整車模型，分
析電機驅動裝置懸掛擺桿長度和電機驅動裝置橫向減振器阻尼對機車蛇行運動臨界速度和機車主要橫
向動力學性能指標的影響，得出電機驅動裝置懸掛擺桿長度和電機驅動裝置橫向減振器阻尼對機車動
力學性能的影響規律。
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基于AVL EXCITE M與Simulink控制耦合的電機諧波注入NVH分析
圖1 AVL 新能源動力系統動力學解決方案
作為車用動力總成動力學分析領域的專業級工具，AVL EXCITE M 具備全面且深度的仿真分析能力：不僅可精準實現傳統發動機領域的核心動力學分析（包括彈性液力潤滑（EHD）仿真、振動噪聲（NVH）性能預測、扭轉振動特性分析及載荷傳遞路徑仿真等），還能針對新能源動力系統中的關鍵部件（如發動機、電機、減速器總成）開展精細化動力學評估，涵蓋發動機動力學、電機轉子動力學特性、齒輪傳動系統接觸應力分布、軸承載荷分析及整體傳動系統振動響應預測等核心場景，為動力總成的設計優化、性能提升及可靠性驗證提供全方位的技術支撐。
為滿足電機動力學的各類分析需求，EXCITE M 提供三類電機連接副模型，其功能定位與應用場景如下：
1. 參數輸入型（Parameter Input）：核心聚焦電機轉速與扭矩的功能控制，典型應用場景為臺架測功機模擬控制，可精準復現轉速 / 扭矩閉環控制邏輯；
2. 文件基礎型（File-Based Model）：依托電磁分析獲取的電機物理 MAP 數據構建模型，能夠納入電機控制策略對動力學特性的影響，適用于需結合電磁 - 動力學耦合分析的場景；
3. MAP 基礎型（MAP-Based Model）：核心用途是將預計算得到的電機載荷 MAP 數據映射至動力學模型，可精準表征電機在瞬態與穩態工況下的 NVH 性能，滿足振動噪聲相關分析需求。
針對 File-Based Model 電機類型，軟件已集成內置常規電機控制模型，該模型涵蓋轉速控制模塊、電流控制模塊、電池單元及逆變器單元，可實現電機轉速與扭矩的精準控制，同時能夠納入電機逆變器開關頻率的影響因素。
展開 
淺談新能源汽車NVH—永磁同步驅動電機徑向電磁力致噪聲的來龍去脈
隨著時間的變化徑向電磁力波在氣隙中各點的幅值會按照一定的規律在變化，這個變化是時間維度上的，（類似電機學中繞組的“脈振”磁動勢的變化，也正是這些“脈振”的變化，使得我們的磁場能夠旋轉起來，這里真是有些奇妙，脈振和旋轉的關系，就像物理里面的駐波和行波）分解到各個空間階數的徑向電磁力波上，不同階數的力波其隨時間變化的頻率特征是不一樣的。所以這里就是我們應該要重點關注的。不同階數力波其隨時間變化的頻率特征取決于其力波的形成來源（同一空間次數的電磁力波可能因為不同的形成來源而存在多種特征頻率）例如：轉子μ次諧波磁場產生的力波次數為γ=2μ,其力波頻率為f=2μf0/p；定子υ次諧波磁場和轉子μ次諧波磁場相互作用產生的小于4的力波次數可以寫為γ=μ+υ，其力波頻率為2kf0（k=1,2,3…；f0指電機電流基波頻率）。這些徑向電磁力波的頻率與電機的電流基頻之間的關系是由電機學原理分析可得的。我們當然又可以通過傅立葉分解這個工具，得到某一階數的徑向空間力波隨時間變化的頻率特征。如圖5所示，為某永磁同步電機0階力波在各轉速工況下的頻率分布特征。
圖5. 某電機0階力波在各轉速工況下的頻率分布
3 定子結構的振動特性
3.1 定子模態階數的定義
對于車用永磁同步電機定子振動噪聲分析，我們一般采用（m,n）來定義定子的模態階數（其中m為軸向模態階數、n為徑向模態階數）。由于徑向電磁力沿定子軸向的分布基本一致，定子的軸向一致模態是對電磁振動噪聲貢獻較大的，因此工程上經常只考慮m=0的情況（定子沿軸向振動同相位），若考慮較為細致，也會考慮當m=1時的情況（定子軸向兩端振動反相位），軸向更高階的模態相比于徑向模態對定子徑向電磁力致振動噪聲貢獻會非常小，在工程上可以忽略不計。
展開 【技術貼】基于AVL EXCITE M軟件的PWM逆變器對電機噪聲影響分析
圖8 電機有限元模型與動力學模型
圖9 電機主要屬性參數與物理MAP
在動力學分析模塊EXCITE M中，通過電機控制單元控制當前電機達到目標扭矩與轉速所需的電流與電壓，通過EMT計算電機所得的多維MAP數據耦合差值當前電機所受力情況，繼而計算電機轉子動力學特性。電機轉子轉速又影響電機控制單元的電流與電壓輸出，繼而形成完整的電與機械場的實時耦合迭代計算。
圖10 電機PI控制過程
AVL EXCITE M由于基于真實的三維柔性體模型進行時域計算，可實現分析對象的瞬態與穩態工況仿真。本案例中主要分析電機恒扭負載的runup瞬態工況，對應電機目標轉速如圖，電機逆變器采用SVPWM控制方式，過調制采用最小幅值誤差策略，開關頻率采用恒定開關頻率18000HZ。PWM分辨率為12bit.
圖11 電機控制目標轉速曲線
通過動力學計算結果可知，電機轉子實際轉速與目標轉速穩和，同時電機輸出扭矩與目標控制扭矩趨勢與平均值一致。當前電機控制處在合理的狀態。
圖12 電機目標轉速與實際轉速
圖13 電機輸出扭矩與目標扭矩
圖14與圖15為電機在某段時間內PWM開關信號與對應輸出方波電壓。
圖14 電機逆變器開關信號
圖15 逆變器輸出電壓
下圖為PWM輸出三相電流，通過調制后電流相位相差120°，同時電流輸出也帶有細微的高頻毛刺。
圖16 電機實際輸出三相電流
由圖18很直觀可看出，電機呈現明顯48階主諧次響應，同時在開關頻率主線附近呈現很明顯的傘狀諧次噪聲。
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隨著時間的變化徑向電磁力波在氣隙中各點的幅值會按照一定的規律在變化，這個變化是時間維度上的，（類似電機學中繞組的“脈振”磁動勢的變化，也正是這些“脈振”的變化，使得我們的磁場能夠旋轉起來，這里真是有些奇妙，脈振和旋轉的關系，就像物理里面的駐波和行波）分解到各個空間階數的徑向電磁力波上，不同階數的力波其隨時間變化的頻率特征是不一樣的。所以這里就是我們應該要重點關注的。不同階數力波其隨時間變化的頻率特征取決于其力波的形成來源（同一空間次數的電磁力波可能因為不同的形成來源而存在多種特征頻率）例如：轉子μ次諧波磁場產生的力波次數為γ=2μ,其力波頻率為f=2μf0/p；定子υ次諧波磁場和轉子μ次諧波磁場相互作用產生的小于4的力波次數可以寫為γ=μ+υ，其力波頻率為2kf0（k=1,2,3…；f0指電機電流基波頻率）。這些徑向電磁力波的頻率與電機的電流基頻之間的關系是由電機學原理分析可得的。我們當然又可以通過傅立葉分解這個工具，得到某一階數的徑向空間力波隨時間變化的頻率特征。如圖5所示，為某永磁同步電機0階力波在各轉速工況下的頻率分布特征。
圖5.
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崗位1：電機仿真實習工程師（3人）
職責：
1. 仿真資料開發（演示材料，培訓講稿，操作視頻等）
2. 市場活動技術支持
3. 協助仿真考題調試
4. 協助客戶問題研究和調查
5. 協助完成客戶基礎培訓
要求：
1. 在讀碩士研究生
2. 電磁場、電機學、電機與電器、電力電子、高壓與絕緣等相關專業
3. 對工程仿真具有濃厚的興趣
4. 有ANSYS相關軟件使用基礎
5. 有數值計算程序編程經驗優先考慮
6. 邏輯嚴密，善于溝通，動手能力強
7.
基于AVL EXCITE M軟件的PWM逆變器對電機噪聲影響分析
電機額定電壓800V，額定電流150A。
基于eSUITE 平臺EMT模塊，通過電磁場計算，可得到當前電機詳細的控制相關參數，如電機主磁鏈、相阻、直軸與交軸電感等。同時，基于EMT計算當前電機在不同直軸電、交軸電、電機轉角、徑向偏心、轉子軸向傾斜角度下的相間磁鏈、定轉子受力、轉子力矩等多維MAP。
圖8 電機有限元模型與動力學模型
圖9 電機主要屬性參數與物理MAP
在動力學分析模塊EXCITE M中，通過電機控制單元控制當前電機達到目標扭矩與轉速所需的電流與電壓，通過EMT計算電機所得的多維MAP數據耦合差值當前電機所受力情況，繼而計算電機轉子動力學特性。電機轉子轉速又影響電機控制單元的電流與電壓輸出，繼而形成完整的電與機械場的實時耦合迭代計算。
圖10 電機PI控制過程
AVL EXCITE M由于基于真實的三維柔性體模型進行時域計算，可實現分析對象的瞬態與穩態工況仿真。本案例中主要分析電機恒扭負載的runup瞬態工況，對應電機目標轉速如圖，電機逆變器采用SVPWM控制方式，過調制采用最小幅值誤差策略，開關頻率采用恒定開關頻率18000HZ。PWM分辨率為12bit.
圖11 電機控制目標轉速曲線
通過動力學計算結果可知，電機轉子實際轉速與目標轉速穩和，同時電機輸出扭矩與目標控制扭矩趨勢與平均值一致。
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此次招聘開放多個仿真工程師崗位，包含高頻仿真工程師和電機仿真工程師，詳細崗位和具體要求如下，請應聘者通過下方途徑投遞簡歷。
集中繞組諧波優化
（轉）
引言
集中繞組電機具有很多優點，如繞組端部短小，銅線消耗小，電機尺寸小，重量輕， 成本低， 電機銅耗小，效率高，功率體積密度高，繞組適合采用自動繞線等等， 具有很廣的應用范圍。但是由于集中繞組的跨距只能是所以失去了跨距調整這一自由度，如果設計時沒有充分考慮到繞組的諧波情況，會造成電機反電勢波形不好，力矩波動大的問題。
由電機學的知識我們知道，反電勢的諧波是由磁鏈諧波而來，磁鏈諧波由兩個構成因素，一個是主極磁場的諧波，另一個是磁導諧波，這兩個因素共同形成了磁鏈的諧波。如果一個電機的主極磁場含有某一特定的諧波，如 5 次諧波，而同時磁導諧波也含有 5 次諧波，那么就會形成比較明顯的 5 次的諧波磁鏈，在反電勢中造成 5 次諧波的問題； 反之，如果磁導諧波不含有 5 次諧波，那么即使是主極磁場有 5 次諧波，反電勢的 5次諧波問題也不會太嚴重。因此，為改善集中繞組的諧波，需要從主極磁場諧波和磁導諧波兩方面著手。下 面以2P3S 的單元電機構成的6P9S 電機為例說明。
1、主極磁場諧波
主極磁場由于磁極的空間對稱性，決定了不含有偶次諧波的特性，通常是1 次基波和 3，5，7，9，11……等諧波。對 于 3 相 繞 組，3，9，15等3的倍數次諧波會被消除，同時主磁極的尺度大，因此 5，7等比較低次的諧波就成為改善重點，采用的改善方法是：
a）使用 0.8 的極弧系數
b）轉子外形調整成花瓣形，造成非均勻氣隙
這兩個方法共同對 5，7 次等低次諧波進行衰減。
2、磁導諧波
由于轉子沒有開槽，因此我們認為轉子的磁導為均勻的，定子開槽是造成磁導諧波的主要原因，這些諧波稱為齒諧波。
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關于Ansoft maxwell中轉子初始位置角及激勵源初始相位角的說明【forlink團隊原創】
根據電機學基本原理，對發電機，空載感應電動勢超前于電壓一個角度，該角度就為功角（δ）。對于電動機，則為滯后關系。因此，若所仿真模型為電動機（發電機），施加激勵源為電壓源時，那么A相電壓源表達式應為UA= Um*sin（ωt+δ）（對發電機：UA= Um*sin（ωt-δ）），其他兩相可依據三相對稱關系寫出。
三、有關說明：
1、對于旋轉運動，本帖所述方法具有很廣的適用范圍，可適用于所有類別的同步電機，諸如汽輪發電機，水輪發電機，永磁同步電機，爪極電機，感應子電機，等等。
2、也可以不按照本帖中默認的轉子位置角及激勵源初始相位角進行設置，但無論怎樣，二者一定要相匹配，即轉子在空間上轉動多少電角度，那么電壓或電流在時間上也應轉動相應的電角度。
3、如果轉子初始位置角和激勵源初始相位角不匹配，那么仿真所得到的電流，轉矩，功率曲線都是錯誤的，而反電勢和電壓是不受影響的，其中道理不難理解。
4、本貼是基于sin函數施加激勵，也可以采用cos函數，但轉子位置角需要在本帖所述方法基礎上，移動90度電角度。
5、不建議采用電流源，因為對于二維模型，若施加電流源且導線形式設置為多股（stranded），則無法計及電機繞組和端部電感。若導線形式設置為單股（solid），雖然可計及電阻，但與電機多股導線實際情況不符。
6、附件為基于Ansoft 14版本，電勵磁同步電動機和發電機rmxprt及maxwell模型。在轉子初始位置角及電壓源初始相位角匹配的前提下，分別設置了兩組不同轉子初始位置角及相應的電壓源初始相位角，仿真結果表明，本貼研究結論正確。
歡迎大家跟帖發表見解。
展開 關于maxwell中直線和旋轉運動設置的相關說明
根據電機學基本原理，對發電機，空載感應電動勢超前于電壓一個角度，該角度就為功角（δ）。對于電動機，則為滯后關系。因此，若所仿真模型為電動機（發電機），施加激勵源為電壓源時，那么A相電壓源表達式應為UA= Um*sin（ωt+δ）（對發電機：UA= Um*sin（ωt-δ）），其他兩相可依據三相對稱關系寫出。
三、有關說明：
1、對于旋轉運動，本帖所述方法具有很廣的適用范圍，可適用于所有類別的同步電機，諸如汽輪發電機，水輪發電機，永磁同步電機，爪極電機，感應子電機，等等。
2、也可以不按照本帖中默認的轉子位置角及激勵源初始相位角進行設置，但無論怎樣，二者一定要相匹配，即轉子在空間上轉動多少電角度，那么電壓或電流在時間上也應轉動相應的電角度。
3、如果轉子初始位置角和激勵源初始相位角不匹配，那么仿真所得到的電流，轉矩，功率曲線都是錯誤的，而反電勢和電壓是不受影響的，其中道理不難理解。
4、本貼是基于sin函數施加激勵，也可以采用cos函數，但轉子位置角需要在本帖所述方法基礎上，移動90度電角度。
5、不建議采用電流源，因為對于二維模型，若施加電流源且導線形式設置為多股（stranded），則無法計及電機繞組和端部電感。若導線形式設置為單股（solid），雖然可計及電阻，但與電機多股導線實際情況不符。
6、附件為基于Ansoft 14版本，電勵磁同步電動機和發電機rmxprt及maxwell模型。在轉子初始位置角及電壓源初始相位角匹配的前提下，分別設置了兩組不同轉子初始位置角及相應的電壓源初始相位角，仿真結果表明，本貼研究結論正確。"
歡迎大家跟帖發表見解。
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根據電機學基本原理，對發電機，空載感應電動勢超前于電壓一個角度，該角度就為功角（δ）。對于電動機，則為滯后關系。因此，若所仿真模型為電動機（發電機），施加激勵源為電壓源時，那么A相電壓源表達式應為UA= Um*sin（ωt+δ）（對發電機：UA= Um*sin（ωt-δ）），其他兩相可依據三相對稱關系寫出。
三、有關說明：
1、對于旋轉運動，本帖所述方法具有很廣的適用范圍，可適用于所有類別的同步電機，諸如汽輪發電機，水輪發電機，永磁同步電機，爪極電機，感應子電機，等等。
2、也可以不按照本帖中默認的轉子位置角及激勵源初始相位角進行設置，但無論怎樣，二者一定要相匹配，即轉子在空間上轉動多少電角度，那么電壓或電流在時間上也應轉動相應的電角度。+
3、如果轉子初始位置角和激勵源初始相位角不匹配，那么仿真所得到的電流，轉矩，功率曲線都是錯誤的，而反電勢和電壓是不受影響的，其中道理不難理解。
4、本貼是基于sin函數施加激勵，也可以采用cos函數，但轉子位置角需要在本帖所述方法基礎上，移動90度電角度。
5、不建議采用電流源，因為對于二維模型，若施加電流源且導線形式設置為多股（stranded），則無法計及電機繞組和端部電感。若導線形式設置為單股（solid），雖然可計及電阻，但與電機多股導線實際情況不符。
6、附件為基于Ansoft 14版本，電勵磁同步電動機和發電機rmxprt及maxwell模型。在轉子初始位置角及電壓源初始相位角匹配的前提下，分別設置了兩組不同轉子初始位置角及相應的電壓源初始相位角，仿真結果表明，本貼研究結論正確。
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展開 招聘 | Ansys合作伙伴正在招募電磁仿真應用工程師
招聘崗位
高頻仿真應用工程師 （10人）
職責：
仿真資料開發（演示材料，培訓講稿，操作視頻等）
客戶方案開發、講解
市場活動技術支持
仿真考題調試
客戶問題研究和調查
客戶培訓
客戶項目交付
要求：
2020年應屆本科、碩士畢業，或有Ansys仿真基礎的在職工程師
電子信息工程、電磁場與微波技術、通信工程等相關專業
對工程仿真具有濃厚的興趣
有Ansys相關軟件（ HFSS，Designer，SIwave等）使用基礎，或有其它同類型商業軟件使用經驗
具有良好的溝通能力，較強的問題解決能力，以及較好的邏輯表達能力
英語讀寫流利
電機仿真應用工程師（3人）
職責：
仿真資料開發（演示材料，培訓講稿，操作視頻等）
客戶方案開發、講解
市場活動技術支持
仿真考題調試
客戶問題研究和調查
客戶培訓
客戶項目交付
要求：
2020年應屆本科、碩士畢業，或有Ansys仿真基礎的在職工程師
電磁場、電機學、電機與電器、電力電子、高壓與絕緣等相關專業
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