断路器基本原理及结构

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1、万方数据船电技术2001年第2期采用ANSYs软件进行永磁电机的磁场分析黄海(中国韶舶重工集匿公司第七一二研宄所武汉4300“)m＼35A摘要：本文介绍了A凇Ys电磁场分析软件在永磁电机磁场分析中的应用。由于该软件的方便性和灵活性．使得磁场分析变得相当简单。关键词：AMYs软件永磁电机磁场分析l引言在电机设计中，磁场分析是极为重要的。它是电机设计与计算的基础，电机性能的好坏与它的磁场设计直接相关。在实际的电机设计中．一般是将磁场简化为堪路来计算，这是因为磁场的计算比较困难。通过磁路计算得到了气隙磁密，从而计算出反电势，已经成了许多电磁计算

2、程序的固定模式。这种近似通常需要加上必要的修正才能接近于实际。系列电机磁路的硼似胜为这种修正提供了经验数据和修正曲线。但是．对于永磁电机来说，由于没有现成的经验修正系数．采用磁路近似的方法常常并不满意。而且即使磁路计算比较准确，也并不能解决所有的问题。例如．对于采用电子换向的永磁电机来说(这种永磁电机已经越来越多)，往往不汉需要计算气隙磁密自j大小，还需要比较精确地计算出气隙磁密的波形，以及电枢反应的影响。此时，有必要直接进行磁场分析。以前，人们对电机的一些局部用解析洼、保角变换法、导电纸模拟法等方法进行磁场分析，得到的结论至今广为应用。

3、但是即侵是这些局部的计算．也要做很多假设和收稿日期：20∞．08—3简化。在数值计算方法和计算机技术高度发展的今天，工程上的磁场分析～般采用数值计算方法。常见的数值计算方法有有限差分法和有限元法。差分法比较直观，公式和计算程序不太复杂，对于边界上的磁位已经给定的情况处理起来比较方便，直用很广泛。但是不适合于边界条件复杂、边界不规则(外部或内部)的情况。从原理上讲．电棚的磁场的所有问题都可以用有限元法解决。例如，磁场强度变化比较大的地方，差分拦不太适台，而有限元则比较灵括，适应性强。有限元法是根据变分原理和离散化而求蘑近似解的方法。最后列出

4、线胜方程组，求解出这一方程组就可以计算出整个磁场。有限元分析得到的结果也是近似值，但其结果的误差是可以控制的。在离散化自‘j过程中，网格剖分越小，误差越小。理论上．网格趋近于无穷小，误差趋近于零(假如Z?程组的求解误差为零)。但是网格越小，t+算量也越大。在计算机出现以前，这种方法至多只能进行局部的计算，因为精确地求解多维方程组需要大量的人力。随着计算机技术的发展，整台电机采用有限元分析成为可能。市场上这方面的软万方数据船电技术2001年第2期件越来越多，但是很通用，比较方便使用的却并不多。通过长期的使用，笔者认为AN．“s电磁场分析软件

5、在通用性和方便性上作得比较成功。2程序简介ANsYs系列产品包括各种分析软件。应力场、温度场、电磁场都是他们研究的范围．各种场的耦合分析更是显得得心应手。电磁场分析软件分前处理、求解和后处理三个部分=前处理主要是进行电机的建模、剖分、定义材料等；求解主要是加载荷、解方程；后处理主要是根据需要将计算出来的结果输出，或显示或打印等。整个过程既可以采用交互式的方法．通过鼠标和菜单完成，乜可以采用ANsYs提供的特定的语言进行编程计算：笔者在使用过程中发现，对于永磁电机的磁场分析来说，编程计算有利于系统地考虑，而且ANsYS提供的语言对于使用者来

6、说可谓方便之至：对于熟练的使用者来说．即使没有该软件．也可以在计算机上用任何编辑器编写好程序。这样只需要最后计算时才必须使用该软件。：l前处理阶段前处理阶段主要的工作是建立电机的结构模型、定义材料特性，划分网格，以及定义耦合和约束条件。由于电机结构的特殊性，建立模型一般的方法为：先定义关键点．通过关键点定义线段(直线或弧线)，再利用线段来定义面，直至用面定义体积。如果是二维计算，只需要定义面。可以根据需要，随时任意选择直角坐标、柱坐标、球坐标等坐标系。一般说来，电机的磁场分析采用柱坐标和直角坐标比较常见。如前所述，建模时，既可以采用交互式

7、的方法在屏幕上用鼠标绘制电机的结构模型，也可以编写程宇。交互建模含有拖拉、拉伸、旋转、移动或拷贝实体模型图元的能力以及圆弧构造、切线结构、通过拖拉与旋转生成面和体、通过拖拉线和面的自动相交运算、自动倒角生成等能力。但是总起来说，不如编写程序来计算。下面举一个例子，来建立一个定子铁心的模型。剖分可以采用自适应剖分，也可以控制单元大小进行剖分。笔者发现，适当的人的智能的参与，有时可以大大减少以后的计算量和提高计算精度，有时很利于后处理，下面对以上模型进行副分：图1是剖分后的图形。图1ANSlrs划分的网格在建模时，需要注意以下几点：1)结合电

8、机磁场结构特点，利用对弥条件，可以大大减少模型的节点和单元数．，2)气隙必须至少划分为两层。其中一层气隙设法全部划分为四边形单元。并且设法最先剖分这一层气隙，使之单元的标号为从I到n。这对于后