Maxwell2D瞬态.doc

Mallwell 2D瞬态 静态场是指空间恒定磁场，即磁场不随时间变化。但实际中常常会碰到电压、电流为非正弦激励情况，或者模型中的物体处于平动或转动状态的情况，磁场、能量、力、功率损耗、速度等物理量是时间的1函数。在这种情况下，静态场对求解与时间有关的物体过程无能为力，因此需要瞬态分析。 瞬态即是模拟电机的实际运动过程，利用Mallwell 2D瞬态可以得出电机在反拖情况下的反电动势波形、电机的自启动过程、电机在负载运行的情况、以及转矩波动等等。 Mallwell 2D瞬态分析做以下假设： 如果有运动的话，Band（用于将静止物体和运动物体分开）外的物体不运动； 模型中只能有一种运动方式，转动（永磁伺服电机）或平动（永磁直线电机）； Band内的物体，可以有多个指定为同一种运动。 一、永磁伺服电机 1．模型的建立 首先建立模型，这里以4极18槽表面式永磁伺服电机为例分析讲解，。如果有空载场的模型，我们可以直接复制其模型，并且选择瞬态作为解决的方法（如图1）。 图1 解决方法的选择 模型中需要用一个圆（即Band）把永磁电机静止物体和运动物体分开（如图2中蓝色的部分）这时完成建模。 图2 永磁伺服电机的模型 定义电机的材料属性和静态场一样，Band可以定义为空气或者真空。 如果以上两步都设置正确，将显示如图3。 图3 2．空载反电动势的计算 2.1 绕组的分相 空载方电动势的计算是模拟电机在被反拖到额定转速时，绕组开路感应出的电压。这时需要在建模时应该建出绕组所占的空间，然后退出点击如图4所示的位置，进入电机绕组分相界面。把电机槽内的绕组按照实际情况分相（A、B、C、X、Y、Z），退出，然后定义属性为铜。 图4 2.2边界条件的设置 1）气球边界的设置 点击Setup boundaries/sources,进入设置电机边界条件和源的界面，点击图标，然后点击鼠标左键选中边界，再点击鼠标右键，点击图标，出现如下图所示的对话框，点击Assign，气球边界设置完毕。 气球边界是模拟绘图空间以外的区域无限大，可以有效地将模型与其他电压源隔离。它指定的是区域的所有外边界。 2）狄里克莱（Value Boundary）边界 点击Setup boundaries/sources,进入设置电机边界条件和源的界面，点击图标，然后点击鼠标左键选中所要定义的边界，再点击鼠标右键，点击图标，出现对话框，如图。点击Assign，狄里克莱边界设置完毕。 狄里克莱边界 狄里克莱边界可以指定边界处电势为常数值，也可以通过图下面的options、Funtions、orientation指定为随位置变化的数学函数。我们在这里设置狄里克莱边界为常数0。 2.3绕组匝数的设置 绕组的设置在同一界面下完成，点击图标，选中绕组A、X，点击鼠标右键，点击图标，出现对话框，设置如图所示。 点击winding，进入一个对话框，设置如图，点击OK，完成设置。其它两相设置方法相同。 左边定义正方向，右上角的Total turns as seen from terminal是一相绕组的匝数，Number of Parallel Branches表示一相的并联支路数。 三相设置完成后，左边框内出现如图所示的图象。这时关闭对话框并保存设置。 2.4 设置计算方法 2.4.1 对模型剖分 选择Setup Solution中的options，对电机模型进行剖分，并且设置电机旋转时间和步长。Mallwell会对模型进行的剖分，我们也可以自己设置剖分网格的大小。点击Manual mesh,进入对话框，再点击，可以看到电机模型的剖分网格 图10 Mallwell自动剖分网格 点击图标，我们可以通过自己设置网格数，对模型各个部分进行细剖，如图。细剖后模型如图，保存退出， 图12 模型细剖后的网格 2.4.2 计算时间和步长的设置 电机旋转时间stop time根据需要的求参数而定，求解反电动势波形，一般转子旋转2~5个电角度周期即可。步长Time step的设置则是要保证求解出的正弦波形圆滑，但最少50个点，还要综合考虑转子转过一个齿距需要的时间，在这时间内取3~5个点。如果是低速电机还要多取几个。 还有Model depth是指电机的铁心长，需要输入。默认是1000mm。设置完毕如图所示 图13求解设定窗口 2.4.3 设置运动体 选择Setup Solution中的Motion Setup，出现对话框，选中Band点击Set Band，点击Mechanical Setup，选择恒定转速，输入3000r/min。如图。 右下角Inital Pos可以方便的设置电机转子的位置，求反电动势不需要专门设置，但是