Ansys空心杯电机仿真方案

Ansys空心杯电机仿真方案的图1

空心杯电机本体仿真

定子绕组建模是空心杯电机仿真的关键
Ansys空心杯电机仿真方案的图2
空心杯线圈UDP
-Maxwell内嵌的空心杯线圈CupCoil UDP能够快速轻松的建立线圈的全参数化几何模型
-后续可以简单的对线圈的直边长、节距等设计参数进行参数和优化分析

Ansys空心杯电机仿真方案的图3

Ansys空心杯电机仿真方案的图4

空心杯电机绕组建模
-按如下参数生成空心杯电机的单个绕组
Ansys空心杯电机仿真方案的图5
-沿Z轴复制生成六个绕组
Ansys空心杯电机仿真方案的图6
生成空心杯电机完成模型
-外部输入或直接在Maxwell内部建立电机定子、转子、永磁体模型,装配成完整的空心杯电机模型,并赋予相应的材料特性。
Ansys空心杯电机仿真方案的图7
空心杯电机3D模型仿真
-外部输入或直接在Maxwell内部建立电机定子、转子、永磁体模型,装配成完整的空心杯电机模型,并赋予相应的材料特性。
Ansys空心杯电机仿真方案的图8
-把3D模型沿Z轴切割,可得如下空心杯2D模型,设置合适的模型深度和等效材料特性,并对绕组重新进行分相后,也可以仿真空心杯电机的特性,仿真速度远快于3D模型。
Ansys空心杯电机仿真方案的图9

空心杯电机等效电路模型提取

采用对有限元模型的定子电流和转子位置进行遍历的方式,基于高精度的有限元仿真提取出空心杯电机的精确等效电路模型,然后可在TwinBuilder中利用该等效电路模型搭建外部的控制电路和控制算法,从而既保证仿真精度,又保证仿真速度。
Ansys空心杯电机仿真方案的图10
-把绕组的激励类型设置为外部External,并设置绕组初始电流为0。
Ansys空心杯电机仿真方案的图11
-插入一个Maxwell外电路激励。

Ansys空心杯电机仿真方案的图12

-在外电路激励图中加上三相绕组部件ECE3_Model,旋转部件ECER_Model和地GND部件。
Ansys空心杯电机仿真方案的图13
-选择部件ECE3_Model,右键选择Properties,进行如下设置:
1)Windings: Winding_A, Winding_B, Winding_C
2)CurrentSweep: (1A,20)
3)PhAngIntervals: 2
4)其它用默认设置

Ansys空心杯电机仿真方案的图14

-选择部件ECER_Model,右键选择Properties,进行如下设置:
1)RotAngMax: 60 deg
2)InElecDeg: Uncheck
4)RotAngIntervals: 15
5)Poles: 4
6)其它用默认设置
Ansys空心杯电机仿真方案的图15
-保存文件设置,菜单操作Maxwell Circuit>Export Netlist, 文件名:MaxCir1_Maxwell2DDesign_FOR_ECE,文件格式为.sph
-选择Maxwell Desisgn: Maxwell2DDesign_FOR_ECE,菜单操作 Maxwell 2D > Excitations > External Circuit > Edit External Circuit > Import Circuit Netlist ,选择文件MaxCir1_Maxwell2DDesign_FOR_ECE.sph,点击OK。菜单操作Maxwell 2D > Analyze All,求解完成后选择保存。
-建立一个新的TwinBuilder Design,把Design的名称修改为:TwinBuilder_B5_ece1,菜单操作TwinBuilder Circuit > SubCircuit > Maxwell Component > Add Equivalent Circuit,如下图,在当前的工程文件Current Project中,选择Maxwell2DDesign_FOR_ECE。
Ansys空心杯电机仿真方案的图16
-点击Extract Equivalent Circuit,然后点击OK,则电机高精度等效电路模型输入到了TwinBuilder中,如下图。至此空心杯电机高精度的等效电路已经作为一个部件添加到了TwinBuilder中,后续可以设计外围的控制电路和控制算法,进行联合仿真。
Ansys空心杯电机仿真方案的图17

空心杯电机控制算法及系统仿真

-基于空心杯电机的等效电路模型,搭建如下的无刷直流电机BLDC的方波控制算法和电路。
Ansys空心杯电机仿真方案的图18
-主电路三相逆变桥电路。
Ansys空心杯电机仿真方案的图19
-电机及其负载电路,电机刚开始空载,电机只克服电机的转子转动惯量转动;在某时间点突加负载。
Ansys空心杯电机仿真方案的图20
-空心杯电机BLDC换相及限流电路,电机转动时,控制算法根据转子位置的不同,触发不同的IGBT桥臂导通,可采用120度或180度导通模式。
Ansys空心杯电机仿真方案的图21
-空心杯BLDC电机三相电流,随着转速的升高,电机相电流切换速度越快。
Ansys空心杯电机仿真方案的图22
-空心杯电机转轴输出转矩曲线(红色)和转速曲线(绿色);在200ms处突加负载,转速曲线斜率下降,也就是电机加速度下降。
Ansys空心杯电机仿真方案的图23



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Ansys空心杯电机仿真方案的图24

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