基于ANSYS软件的开关磁阻电机磁场分析.pdf

山西科技 2 0 0 3年第 6期 口实用技术S Y J S 基于 A N S Y S 软件的开关磁阻电机磁场分析 张春花 摘要文章介绍 了开关磁阻电机及 A N S Y S软件，并通过 实例分析，得 出了一些 有益 的结论。关键词 开关磁 阻电机A N S Y S 有限元非线性 中 图分 类 号 T M 3 0 1 4 4 文献标 识码A 文 章编号 A N S Y S软件是国际上流行 的一种大型商用有限元软件，它 是融结构学、热力学、流体力学、电磁学、声学于一体的大型通 m i n)、r 搅拌轴提升速度(m m i n)。五、施工工艺 为提高水泥搅拌桩的均匀密实度，采用 四搅两喷的施工方 案，工作程序如下：1、桩 机就 位 深层搅拌机到达桩位对中，保持机械水平和平稳。2、喷浆钻进搅拌下沉 按掺入 比和水灰比拌制水泥浆，并将水泥浆倒入集料斗备 喷。开动灰浆泵，证实浆液从喷咀喷出时，启动深层搅拌机电 机，放松桩架的钢丝绳，链条随传力轴将搅拌机沿导向架送下，使搅拌头下沉切入土 中，向下旋转钻进 喷浆直到达到设计标 高，并完成设计喷浆量的一半。3、提升搅拌 搅拌头 自桩底反转，边旋转边匀速搅拌提升，直至设计桩 顶标高。4、重复喷浆钻进搅拌 水泥浆随搅拌头再次旋转搅拌下沉而喷入地基，直到桩底 标高，并喷完剩余的水泥浆。5、重复搅拌提升 将搅拌机边旋转边提升，再次回到设计桩标高。制桩完毕，再进入下一个操作循环。六、搅拌桩质量控 制的几个 方面(1)水泥浆体拌制完后应防止其发生离析现象。(2)施工中因故 障停浆时，应将搅拌机下沉至停浆点以下 0 5 m，待恢复供浆时再搅拌提升。(3)当喷浆 口到达设计桩顶标高时，应停止提升，搅拌数 秒，以保证桩头的均匀密实。(4)做好 每 一 根桩 的施工 记 录，深度 记 录误 差 不 大 于 5 0 n l n l，时间记录误差不大于 5 S。七、搅拌桩质量检验 1、施工 允许偏 差 桩身 垂直偏 差：不 大于 1。桩位 偏差：不 大于 5 0 m m。桩径 偏差：不 大于 4。桩顶标高：应超高 5 0 0 m m。桩底标高：应超深 1 0 0 mm2 0 0 ra m。2、施工过程检验 经常检查施工记录，根据每一根桩的水泥用量、水泥浆液 的均匀性、搅拌次数和时间及成桩深度等对质量进行评价。3、施工后 质量 检查(1)一般在成桩后2 8 d龄期，抽检总桩数的2，用地质钻 机钻取芯样观察其连续性和搅拌均匀程度并制成试件进行无 侧限抗压强度试验。(2)场地复杂或施工有问题的桩，进行单桩荷载试验，检验 其 承载力。(3)施工后 2 8天，对搅拌桩进行抽 检。经钻芯取样和静载 试验，均达到设计要求。Ad o p t i n g Ce me n t S ti r r i n g P i l e t o S t r e n g t h e n t h e Tr a n s i t i o n S e c ti o n b e t we e n t h e Ro a d a n d t h e Br i d g e Le i i m i n ABS T RACT：T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e p i l e f o r mi n g me c h a n i s m o f the c e me n t s t i r r i n g p i l e a n d the ma i n f a c t o r s o f i n fl u e n c i n g i t s s r ，e mp h a ti c a l l y e x p o u n d s the d e s i g n o f the c e me n t I p il e，the d e t e r mi n a ti o n o f the mi x t u r e s f o r s t r e n g t h e n i n g a n d the c o n s t r u c ti o n t ec h n i q u es，a n d p u ts f o r w a r d the c o n c r e t e r e q u i r e me n t s o n a n d me tho d s f o r t h e q U t y c h ec k i ng o f the s t p il e KEY W ORDS：t r a n s i t i o n s e c ti o n b e t w e e n the r o a d and the b r i d g e c e me n t s t C,l g p il e s t r e n g t h e n i ng a n d扛e a t i I miq u e *山西省 自动化研 究所，0 3 O O O 6太原 收稿 日期：2 0 0 3一o 72 8 6 7 维普资讯 http:/ 口实用技术S Y J S 山西科技 2 0 0 3 年第 6 期 用软件，具有非常强的电磁场分析能力，在电磁应用等方面，可 有效地分析多种设备，而且方便、快捷、准确。一种新 型 的 电动机 开关 磁 阻 电机(S w i t c h e d R e l u c t a n c e M o t o r，简称 S R M)的兴起 和发展，为 国内外科技界所重视。它 是一种结构最简单的双凸极 电机，当一相绕组通 电，在磁拉力 的作用下，将迫使转子停留在定子极重合、磁组最小的一个稳 定零位。因对驱动电路要求简单，即使实施开环控制也容易构 成定位控制，故成为现代变速驱动系统和伺服驱动系统的一个 重要分支，作为驱动、放大元件广泛地应用于各种系统 中。开 关磁阻电机的工作是以转子的起动、停 止的无限循环作为基 础，靠磁阻的变化来产生转距。它的非线性磁化 曲线族=(e，i)是对开关磁阻电机进行全面分 析、控制的基础。目前，求 取 S R N的非线性磁化曲线 族主要有两种方法：测量法与计算 法。计算的方法通常有 四种即等效磁路法、近似解析法、位势 磁通法和有限元法。在磁场分布和变化 比较复杂且非线性严 重的情况下，有限元法精度最高，而使用 A NS Y S软件来进行分 析计算，既保证了有限元分析的高精度，又大大降低了计算量。本文所讨论的 S R M具有非线性饱 和磁路，磁场变化复杂。因 此，非常适合用 A NS Y S进行计算和分析。一、A N S Y S软件简介 A N S Y S 软件具有以下突出特点：用户使用方便、内容丰富、涉及面广、易学易懂易用；高效方便的绘 图功能；灵活多变的剖 分网格形状、疏密程度；多种可选择 的迭代求解器；强大的后处 理 功 能。1、A N S Y S电磁场 分 析 A N S Y S 程序可用来分析电磁场多方面问题，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线、力等。可有效地分析多 种设备，如发电机、电动机、螺线管传动器、开关等。A N S Y S 磁场分析的有限元公式由磁场的 M a x w e l l 方程组导 出，通过将标量磁位或矢量磁位引入 M a x w e l l 方程组 中并考虑 其 电磁性质关系，可开发出适合于有限元分析的方程组。A N S Y S 程序的其他一些功能增强 了程序 的电磁分析能力 和灵活性。例如，用户可以方便地选择多种单位制来替代标准 的 F r o n t a l 求解器，P C G，I C C G和 J C G迭代求解器非常适用于计 一算和分析电磁场问题。A N S Y S 程序提供了丰富的线性和非线性材料的表达方式，包括各向同性或正交各 向异性的线性磁导率，材料的 BH曲 线和永磁体的退磁 曲线。后处理功能允许用户显示磁力线、磁 通密度和磁场强度，同时进行 力、力矩、源输入能量、端电压和 其他参数的计算。2、A N S Y S具体分析方法 A NS Y S分析过程中包含三个步骤。(1)创建有限元模型。包括：创建或读人有限元模型；定义 材料属性；划分网格(节点及单元)。(2)施加载荷并求解。施加载荷及载荷选项、设定约束条 件，然后求解。(3)查看结果。查看分析结果，然后检验结果，分析结果是 否正确。二、应 用 实例 为 了进一步详细说明 A N S Y S软件在开关磁阻电机电磁分 析中的应用，现举例加以说明。在此例子中，电机为 8 6极开 关磁阻电动机，各参数如表 1 所示。表 1 样机的结构参数(单位为 m m)结构名称 参数 结构名称 参数 定子外径 1 6 8 转子外径 9 3 6 定子极宽 1 9 转子极宽 2 0 定子轭高 1 3 5 转子轭高 1 4 5 定子极高 2 3 转子极高 1 7 2 5 铁心 长度 1 2 0 气 隙 O 7 根据 S R电机结构和电气上的对称性，中分线满足周期性 边界条件，可取半个场域进行求解。这样虽然减少剖分时间、求解时间和数据存储量，但其严重的缺点是使有限元剖分输人 数据的自动生成复杂化。因此，取整个区域为求解区域。开关 磁阻电动机的结构中存在绕组电流区，因此对电机进行有限元 计算必须采用矢量磁位来求解。并对电机作如下假设：(1)忽略位移 电流；(2)忽略磁滞效应；(3)电机外部磁场为零；(4)所有导线上电流密度均匀分布；(5)铁芯里的磁导率是各相同性的；(6)铁芯里感应的传导电流忽略不计；(7)铁芯上工艺槽的效应忽略不计。场域剖分采用三角形六节点形式，在 03 0 之间每隔 2 5。剖分一次，计算一次磁场分布情况，选择 P I AN E 5 3单元类型，输入剖分 区域所有材料的特性，并加边界条件和载荷，然后就 可以进行剖分。剖分结果出来后，选择 F r o n ta l 求解器进行求 解，在后处理阶段，要求输出 1 3个位置的磁场分布，以及磁化 曲线族 图。三：结语 A N S Y S 软件是一种功能强大的有限元软件，可以灵活、方 便地对问题进行计算、分析。A N S Y S软件是高度集成 的系统，随着版本的不断更新，功能的不断扩充和完善，在科学和工程 计算领域将会有更为广阔的应用前景。开关磁阻电机(s R M)具有非线性饱和磁路、非线性主电路 及非线性控制策略的特点，因此得到尽可能准确的非线性磁化 曲线族=(e，I)，是对开关磁阻电机(I M)进行全 面分析、控制的基础。应用 A N S Y S软件分析得 出的结果，对后面的继 续研究提供 了极大的理论基础。An a l y s e s o n t he M a g n e t i c Fi e l d o f Swi t c h i ng Re l u c t a nc e M a c hi ne Ba s e d o n S S o f t wa r e Zh a n g Ch u nhu a AB S TRAUr：T h i s I p e r i n t r o d u c e s t h e s w i t c h i n g r e l u c t a n c e m a c h i n e a n d A N S Y S s o f t w a r e，a n d d r a w s s o n l e b e n e f i c i a l c o n c l u s i o n s t h r o u g h t h e a n a l y s e s o n a c t u a l e x a mp l e s KEY W ORDS：s w i t c I li n g r e l u c t a n c e ma c h i n e A NS YS fi r fi t e e l e me n t l i o nl i n e a r i t y 68 维普资讯 http:/