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电机电磁场有限元分析

电机电磁场是工程领域中所遇电磁场的一种,电磁场问题的理论基础是Maxwell方程组,各种电磁场问题均可等价于数学领域中偏微分方程的初、边值问题。

电机电磁场所包含的类型很多,如按场源是否随时间变化可分为稳态场与时变场;按求解区域的媒介线性与否可分为线性、非线性问题;按电磁场位函数的维数可分为一维、二维、三维问题。就从电机电磁场分布区域来看,也有气隙磁场、端部磁场、铁心磁场、电枢导线涡流场等;从理论上讲,用数值方法可以解决上述问题,但实际工程应用中,即使是基本的二维稳态电机电磁场问题,电机设计者也较少从场的观点出发,采用有限元或其它数值法进行求解,究其原因,除客观条件限制外,主观上仍有两方面:其一是要用有限元或其它数值法求解电机电磁场问题,则设计者本身至少要精通该数值方法的理论及过程、相应的计算机程序语言及数据结构、输入数据文件的建立,有时还要进行必要的程序修改、编译等;其二,设计者在数值计算前,由于数据前处理过程单调、数据量浩繁,其工作量约占整个有限元分析工作量的80%,因此,电机电磁场数值计算的工程应用研究已经提到较重要的位置,即如何从电机设计者角度出发,将较成熟的求解电机电磁场的数值算法如有限元法在过程上通用化,操作上简捷化,数据管理上自动化,让电机设计者真正将有限元法作为一种求解电机电磁场的通用工具,正如会使用计算器的人,并非必须了解其工作原理、机器语言、数码显示等。

由于有限元理论已比较完备,相应的计算方法及软件已在工程领域中作为分析计算的工具,因此,电机设计人员更关心如何应用有限元法来分析计算电机电磁场,即有限元前(后)处理。

1、有限元前处理:是指在有限元分析程序运行以前,针对某一具体问题所必须的所有数据的准备工作。就电机电磁场而言,它主要包括求解区域的确定、几何模型描述、区域网格剖分、节点、单元编号及优化、各种信息数据生成等。

2、有限元后处理:进行电机电磁场有限元分析的目的,是让电机设计者对电机磁场有清晰直观的认识,而有限元法作为一种数值算法,其分析计算的结果因数据浩繁,不便分析评价。将这些数据转换成工程领域所熟悉的各种图、曲线、表格等对工程分析及设计评价是很必要的,这就要用到有限元后处理。

 
  • 有限元分析工程技术能提供优质快速的电机设计与电磁分析服务,内容包括:

    (1)电机设计
    v 同步发电机设计与优化
    v 无刷直流电机设计与优化
    v 传统有刷整流电机设计与优化
    v 感应电机设计与优化
    (2)电机电磁分析
    v 电机结构分析
    v 电机基本性能分析
    v 电机电场分析
    v 电机冷却分析
    v 磁屏蔽分析
    v 永磁电机的交直轴电感计算
    (3)电机温度场和流体场计算
    v 电机内温度场计算
    v 大型电机的水冷却分析、空气冷却分析、油冷却分析
    v 电机风扇冷却分析
    v 噪声分析


    电磁场分析:

    稳态磁场分析: 激励不随时间变化,如永磁体的磁场、稳恒电流产生的磁场等

    谐性磁场分析: 激励按正余弦规律变化,如感应式电机

    瞬态磁场分析: 激励随时间无规律变化

    温度场分析:

    通过温度场计算,得到电机整机或部件的温度分布、热量的获取和损失、热梯度、热流密度等。

    稳态温度场分析:热源不随时间变化

    瞬态温度场分析:热源随时间变化

    结构分析:部件刚强度计算,接触应力计算,固有频率计算,动态响应计算,临界转速计算等