專業(yè)電機(jī)設(shè)計(jì)與電磁分析軟件Magneforce介紹

2013-08-09 by:廣州有限元培訓(xùn)實(shí)踐中心來源:仿真在線

一、概述

Magneforce是專業(yè)的電機(jī)設(shè)計(jì)與電磁分析軟件,其完全面向電機(jī)設(shè)計(jì)工程師,不需要電機(jī)設(shè)計(jì)工程師了解有限元,只要電機(jī)設(shè)計(jì)工程師能夠獨(dú)立進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)工作,即可應(yīng)用Magneforce快速進(jìn)行精確的電機(jī)設(shè)計(jì)與電磁分析工作。

有限元在線——北京怡格明思工程技術(shù)公司,一直專注于有限元分析技術(shù)研究與應(yīng)用,致力于為企業(yè)提供高水平的有限元分析咨詢服務(wù)、有限元技術(shù)培訓(xùn)服務(wù)以及相關(guān)有限元分析軟件的代理服務(wù)。自2001年成立以來,北京怡格明思工程技術(shù)公司利用其知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),已經(jīng)成功地為航天航空、汽車、船舶、兵器、鐵路以及電子電器等行業(yè)的重要客戶完成了其所要求的項(xiàng)目分析咨詢服務(wù)和相應(yīng)的培訓(xùn)服務(wù),幫助客戶改進(jìn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高了產(chǎn)品性能,同時(shí)也節(jié)省了材料、節(jié)約了原本需要多次實(shí)驗(yàn)的大量資金。

北京怡格明思工程技術(shù)有限公司于2006年4月8日與美國(guó)MagneforceSoftwareSystemInc.簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議,本文將詳細(xì)介紹其在中國(guó)地區(qū)獨(dú)家代理的專業(yè)電機(jī)設(shè)計(jì)與電磁分析軟件——Magneforce。

二、Magneforce軟件

MagneForce提供了旋轉(zhuǎn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的完整解決方案,在一個(gè)仿真平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了電機(jī)建模、磁場(chǎng)有限元計(jì)算和驅(qū)動(dòng)電路的數(shù)字模擬,高效、快捷、準(zhǔn)確且全面分析逆變器供電電機(jī)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能,不僅為旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)計(jì)、優(yōu)化提供了條件,還有助于提升企業(yè)的整體技術(shù)水平。另外,還與國(guó)際接軌,與控制器設(shè)計(jì)相結(jié)合,能更好地優(yōu)化系統(tǒng)品質(zhì)、提高產(chǎn)品檔次。

Magneforce軟件包括5個(gè)模塊,分別為:BLDC,可以進(jìn)行無刷直流電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)和異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)等設(shè)計(jì)分析;GenAC,可以進(jìn)行電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)等設(shè)計(jì)分析;BCPM,可以進(jìn)行電刷換向直流電動(dòng)機(jī)、有刷永磁直流電動(dòng)機(jī)和單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)等分析;Indu,可以進(jìn)行單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、多相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等分析;SRM,可以進(jìn)行開關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)分析。

Magneforce系列軟件除包含了電機(jī)本身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)之外,采用基于時(shí)步法(Time-stepping)的有限元(FEA)和電路(SPICE)耦合分析,從而更準(zhǔn)確地對(duì)電機(jī)的電磁場(chǎng)和控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析與評(píng)估。時(shí)步法是當(dāng)今國(guó)際電工領(lǐng)域公認(rèn)的計(jì)算電磁場(chǎng)的最佳方法,而耦合的有限元和電路分析能夠確保對(duì)電機(jī)的電磁場(chǎng)進(jìn)行更精確和快速的計(jì)算分析。Magneforce的主要技術(shù)特點(diǎn)如圖2所示。

MagneForce采用目前世界上電機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最理想的時(shí)步有限元法,并專為電機(jī)設(shè)計(jì)而做了優(yōu)化,集成了電機(jī)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)控制電路和驅(qū)動(dòng)控制算法,提供詳實(shí)、可信的集總參數(shù)和實(shí)時(shí)磁場(chǎng)計(jì)算結(jié)果。

MagneForce的主要驅(qū)動(dòng)控制算法包括:根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的電壓開關(guān)式開環(huán)控制;根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的電壓斬波式開環(huán)控制;根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的電壓斬波式電樞電流(有效值或平均值)閉環(huán)控制;根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的電壓斬波式母線電流(有效值或平均值)閉環(huán)控制;根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的電壓斬波式電樞電流(有效值、平均值或瞬時(shí)值)限幅控制;根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的電壓斬波式母線電流(有效值、平均值或瞬時(shí)值)限幅控制;根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的任意諧波注入電壓PWM開環(huán)控制;根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的任意諧波注入電壓PWM電樞電流(有效值或平均值)閉環(huán)控制;根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的任意諧波注入電壓PWM母線電流(有效值或平均值)閉環(huán)控制;根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的任意諧波注入電壓PWM電樞電流(有效值、平均值或瞬時(shí)值)限幅控制;根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的任意諧波注入電壓PWM母線電流(有效值、平均值或瞬時(shí)值)限幅控制;根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的任意諧波注入電流滯環(huán)控制;根據(jù)時(shí)間的固定脈寬固定頻率方波電壓開環(huán)控制。

MagneForce提供的集總參數(shù)以數(shù)據(jù)列表和圖形曲線方式給出,并且能夠以文本文件或Excel文件方式導(dǎo)出計(jì)算數(shù)據(jù)和曲線數(shù)據(jù)的傅立葉分析結(jié)果。

MagneForce提供手動(dòng)激勵(lì)和運(yùn)行過程電磁場(chǎng)結(jié)果,并能夠?qū)⒎治鼋Y(jié)果導(dǎo)出。網(wǎng)格劃分結(jié)果和氣隙磁密。

MagneForce采用受控的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)和完全自動(dòng)化的電磁場(chǎng)后處理技術(shù),對(duì)用戶有限元知識(shí)的需求降到了最低,用戶幾乎無需任何有限元知識(shí)即可在MagneForce平臺(tái)上獲得直觀的場(chǎng)分布結(jié)果。同時(shí),MagneForce通過一些控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)了受控的有限元計(jì)算過程,滿足部分高端用戶的需求。

MagneForce具有3種網(wǎng)格控制方式。

①全局網(wǎng)格控制——缺省網(wǎng)格邊長(zhǎng)控制。

②邊界與交界節(jié)點(diǎn)分布控制——次要節(jié)點(diǎn)布局控制。

③網(wǎng)格密度與有限單元次數(shù)控制——實(shí)時(shí)快速網(wǎng)格加密控制。

MagneForce采用一致的對(duì)象驅(qū)動(dòng)型的用戶界面,方便用戶以最快的速度掌握軟件所有的模塊。所有模塊都采用5個(gè)面板組織仿真過程。

Magneforce以面板、選項(xiàng)卡和彈出窗口組成一致的用戶界面。

MagneForce采用參數(shù)化的建模方式,整個(gè)建模過程與資深電機(jī)工程師熟悉的磁路法軟件一樣方便快捷。圖12中左邊所示為磁路法電機(jī)設(shè)計(jì)軟件的流程,右邊所示為MagneForce電機(jī)設(shè)計(jì)軟件的流程。

MagneForce集成了豐富的工程模板,為用戶的設(shè)計(jì)提供可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)和靈感。無槽雙凸極開關(guān)磁阻電機(jī)、外轉(zhuǎn)子式多極少槽永磁同步電機(jī)、帶阻尼籠的電勵(lì)磁凸極發(fā)電機(jī)、無槽內(nèi)置式轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)、磁極分塊轉(zhuǎn)子電機(jī)和不均勻氣隙永磁直流電機(jī)。

MagneForce具有第三方軟件接口,可以提供數(shù)字樣機(jī),為用戶與系統(tǒng)集成商的合作提供技術(shù)支持。

MagneForce采用開放的、不斷更新的材料庫(kù),每一種材料都有完備的電磁特性曲線和物理特性參數(shù)描述,使軟件的計(jì)算結(jié)果更貼近工程實(shí)際。永磁材料、軟磁材料——磁化曲線以及軟磁材料——不同頻率下的鐵損曲線。

MagneForce融合了很多工程性很強(qiáng)的特色參數(shù)和計(jì)算項(xiàng)目,方便用戶更全面地處理工程實(shí)際問題。

◎繞組張緊系數(shù)、磁鋼外伸長(zhǎng)度、機(jī)殼外伸長(zhǎng)度、軸向磁鋼分段、周向磁極分段、Bi-Filar繞組、退磁預(yù)估、曲線數(shù)據(jù)的傅立葉分析、驅(qū)動(dòng)電源的任意諧波注入、手動(dòng)任意磁場(chǎng)激勵(lì)、鐵耗分布以及偏心磁極。

◎BLDC:齒槽轉(zhuǎn)矩、增量電感和理想驅(qū)動(dòng)電源。

◎GenAC:齒槽轉(zhuǎn)矩、不平衡狀態(tài)仿真、短路故障狀態(tài)仿真和電子負(fù)載。

◎BCPM:電刷火花模型、齒槽轉(zhuǎn)矩。

◎Indu:起動(dòng)過程計(jì)算。

◎SRM:齒槽轉(zhuǎn)矩、單相勵(lì)磁時(shí)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈。

另外,MagneForce還集成了電機(jī)的熱網(wǎng)絡(luò)模型,可計(jì)算電機(jī)的穩(wěn)態(tài)溫升和瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布。

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