电机电磁场的仿真分析.ppt

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̶ ̶ ANSYS软件应用
电机电磁场的仿真分析
CONTENTS
电机内的电磁场
01
ANSYS电磁场分析简介
02
一个应用实例
03
电机内的电磁场从它的分布区域及其作用来看，大致可分为：（1）气隙磁场；（2）凸极同步电机磁极间的漏磁场或直流电机主磁极与换向极间的漏磁场；（3）槽内漏磁场；（4）绕组端部电磁场；（5）铁心中的磁场；（6）实心转子中的电磁场等。按照是否随时间变化，电机内的电磁场可分为：（1）恒定磁场；（2）时变电磁场。
01
同步电机的主极磁场、极间漏磁场等属于恒定磁场。交流电机定子槽内导体的涡流损耗、实心转子感应电机内的电磁场问题等均属于时变电磁场问题。由于电机中的交变电磁场频率很低，因此位移电流可以忽略不计，属于似稳电磁场的范畴。
02
电机内的电磁场
电机电磁场的理论基础
电机中的一切电磁过程都可以从麦克斯韦方程组出发进行分析。
名称
积分形式
微分形式
全电流定律
电磁感应定律
高斯定律
磁通连续性定律
电机电磁场的理论基础
电机中的电磁力：
电机中切向电磁力所形成的电磁力矩和电枢绕组中的感应电动势，是实现机电能量转换的两个基本要素。电机中电磁力分两类：
载流导体在磁场内所受到的力。对于长度为的长直载流导线，其力为：
铁磁介质在磁场中受到的力。如果媒质中有传导电流，相应的边密度是 ,而非铁磁媒质在磁场中受力的体密度是 ，则总的力密度是
在电机中计算磁场力时，通常可以把 忽略掉。
结构方程：
表示场量之间关系的结构方程有：
它表明了电磁性能关系， 分别为电容率、电导率和磁导率。对于线性媒质，它们是常数；对于非线性媒质，它们随场强的变化而变化。
电机电磁场的理论基础
电机电磁场问题中，边界条件一般有一类、二类及周期性边界条件，混合的三类边界条件很少遇到。
01
第一类边界条件：用标量位 求解时，边界上 为已知值，即
02
这时，边界上磁场强度的切向分量 为已知。当用矢量磁位 求解时，边界上为已知值，即
03
这时，边界上磁通密度的法向分量为已知。由于磁力线即等 线，常可选择一条磁力线作为边界。恒定场中还可令其为参考位（某一常数值或零）。在似稳交变场中，往往在给定的周期性条件中实际上已给出参考位点。
04
边界条件：
电机电磁场的理论基础
电机电磁场的理论基础
第二类边界条件：即边界上的求解量法向导数已知。用 求解时
即磁场强度法向分量 已知。用 求解时，则
周期性边界条件：由于电机旋转磁场呈周期性分布，在一对极下电磁场分布正好是一个周期分布。
01
02
03
04
交界条件：电机常常由多层介质组成，两介质交界面应满足下列条件：
电流密度法向分量相等，即 ；
05
磁通密度的法向分量相等，即 ；
电场强度切向分量相等，即 ；
交界面上无面电流层时，磁场强度的切向分量相等，即 ；如果有面电流存在，则根据全电流定律，可得 ；
矢量磁位的切线分量连续，即交界上满足 。
06
电机电磁场的理论基础
研究电磁场问题时，媒质的电磁性能参数 可能跟着场强变化而变化。
在磁场中，铁磁物质的磁化特性呈非线性关系，磁导率 是磁场强度或磁通密度的函数。
在研究涡流问题时，导电媒质的电导率 是随着 的值变化而变化，使 呈现非线性，此时都应分别满足准涡流方程。
非线性问题：
电机电磁场的理论基础