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T-solution Group – Electromagnetic Business Unite
OPERA 电机解决方案
Three-phase permanent magnet synchronous motor model
Mesh of a Switch reluctance motor
Three-phase induction motor
Hybrid Vehicle Motor Using in the Prius of TOYOTA
____ 技术支持联系方式:zeus.shen@t-solutiongroup.comzeus@simol.cn
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电机行业 opera 涉及到的范围
Electromagnetic Design
T-solution Group – Electromagnetic Business Unite
电机应用是一个多物理场环境的应用:
• 有定子,转子,绕组,机壳组成,各个部件的材料属性各异,导致设计出的电机性能差异• 需要解决的问题 : 输出转矩,电流 /
反电势(感应电势) , 输出功率 / 损耗 / 效率 , 温升及其控制 , 振动与噪声 , 控制器与驱动器设计,电磁干扰与电磁 兼容性• 关键字 : 叠片材料, B/H 曲线,永
磁材料,磁感应强度 , 磁通线 , 反电势, IGBT/MOSFETS , NVH 等等。
Electromagnetic Design
T-solution Group – Electromagnetic Business Unite
针对您的产品,我们能计算
–磁通量–齿槽转矩–磁场饱和–反电势–力分布–铁损–磁滞损耗–磁滞效应–动态退磁–谐波分析–应力分析–热学分析–运动控制
Snovember 8th 2010Electromagnetic Design4
Cogging Torque in a 6-pole BLDC motor
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Angle (deg)
To
rqu
e (
Nm
/m)
NodalMaxwell
IntegralMaxwell
EnergyMethod
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0.0000 0.0050 0.0100 0.0150 0.0200 0.0250 0.0300
time (seconds)
back e
mf
(vo
lts)
Cogging torqueFlux plot
Back emf Harmonic – iron loss
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OPERA 在电机设计中的特点
– 前、后处理方便,可以直接导入各种 CAD 软件模型、自动网格剖分、便捷的电机设计环境
– 能够进行准确的磁场强度计算, MRI 应用中求解器精度达到百万分之一,工程验证
– 能够进行多物理场分析,分析焦耳热效应及涡流场的堆叠效应
– 可以与 Matlab 进行场路耦合分析和系统级耦合分析、短路电流及电压分析
– 非线性材料的各向异性和迟滞,精确的损耗计算,根据磁滞分析转矩效应
Electromagnetic Design
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强大的前处理和后处理功能
Electromagnetic Design
气隙磁场辐射场结果
电机旋转运动状态下的网格划分
可以直接导入各种 CAD 软件模型
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多物理场的耦合分析结果
Electromagnetic Design
磁通计算
谐振分析
产生的热量
温度分析
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特点 1
Electromagnetic Design
•丰富的多物理场后处理!
•不仅可以计算通常的电机内电磁相关问题,还可以计算谐振 、温度!
•在一个软件内无缝耦合。
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Opera 机电行业解决方案——磁化退磁分析
十二月 , 2010Electromagnetic Design9
T-solution Group – Electromagnetic Business Unite
Opera 机电行业解决方案——计算永磁体退磁特性效果
September 15, 2009Electromagnetic Design10
9° 时电枢电流与磁场等位线 27° 时电枢电流与磁场等位线
受电枢反应改变的永磁体磁场 电机气隙旋转前后磁场强度比较下降 8%
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特点 2
十二月 , 2010Electromagnetic Design11
•可以计算磁钢动态增去磁!
•发挥磁钢最大利用率,预防不可逆退磁现象!
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Opera 机电行业解决方案——铁心损耗计算的准确性
十二月 , 2010Electromagnetic Design12
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Opera 机电行业解决方案——铁心损耗计算的准确性: 40 毫秒时磁滞损耗
Electromagnetic Design
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Opera 机电行业解决方案——铁心损耗计算的准确性: 60 毫秒时磁滞损耗
Electromagnetic Design
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特点 3
十二月 , 2010Electromagnetic Design15
•基于 opera 特有的复指数磁导率计算法,更符合电机学原理,可以计算瞬态磁滞损耗,结果经过工程验证可以逼近实验至 10% 误差以内!
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Opera 机电行业解决方案——铁心损耗计算的准确性:空载矩计算
Electromagnetic Design
典型无磁滞效应的空载转矩
计算磁滞效应的两种硅钢片和一种永磁材料的空载转矩
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特点 4
十二月 , 2010Electromagnetic Design17
•计算转矩计入磁滞效应,真实反映实际工况,从而精确仿真转矩!
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September 15, 2009Electromagnetic Design18
电机加速转矩脉动分析
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Opera 机电行业解决方案——与 Matlab 进行场路耦合分析
Electromagnetic Design
R load
-2.00E+02
0.00E+00
2.00E+02
4.00E+02
6.00E+02
8.00E+02
1.00E+03
1.20E+03
0.00E+00 5.00E-02 1.00E-01 1.50E-01 2.00E-01 2.50E-01
time (s)
resi
stan
ce (
oh
m)
R load
启动时,发电机处于开环状态,加速时嵌入了一个电阻负载
电磁转矩结果
转速变化
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Opera 机电行业解决方案 ——与 Matlab 进行场路耦合分析
September 15, 2009Electromagnetic Design20
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短路电流及电压分析
Electromagnetic Design
- 三相电压和短路电流的前,中,后三相短路分析- 观察由于永磁体退磁故障后削弱的开路电压
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特点 5
十二月 , 2010Electromagnetic Design22
•结合 simulink 实现电机电路控制策略!•断路,短路,缺相等电机故障
分析!
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Opera 机电行业解决方案——可编程完全开放的前处理后处理接口• 开放失的接口功能,用户可以建立自主产权的专用工具,与 Optimizer 优化器结合加速
设计优化过程。
September 15, 2009Electromagnetic Design23
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特点 6
十二月 , 2010Electromagnetic Design24
•开放的接口使您可以拥有您自己的快速建模和分析模块!
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汽车行业中感应淬火
September 15, 2009Electromagnetic Design25
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September 15, 2009Electromagnetic Design26
Temperature T BMOD
#Elementheat #sigma(T)
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几张 PPT 感受OPERA 计算电机的高效率!
Three-phase permanent magnet synchronous motor model
Mesh of a Switch reluctance motor
Three-phase induction motor
Hybrid Vehicle Motor Using in the Prius of TOYOTA
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Electromagnetic Design
便捷的电机设计环境——表贴式电机定子设计
定子叠片参数设置
定子绕组设计:分布式绕组,集中式绕组,集中整距线圈,双层绕组设计,单相集中整距绕组
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三相感应电机设计环境
•自动生成网格–用户也可以在2D中设置网格剖分
September 15, 2009Electromagnetic Design29
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三相感应电机设计环境
•自动生成电路定义
September 15, 2009Electromagnetic Design30
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三相感应电机设计环境
September 15, 2009Electromagnetic Design31
仿真结果自动产生各种电机属性的标准示意图
Torque v speed 鼠笼阻尼损耗 v speed
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三相感应电机设计
•设计结果可以在Opera2D 的后处理中展示
September 15, 2009Electromagnetic Design32
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电机设计环境
•开放式的设计环境–允许所有的用户按照自
己需求修改生成新的功能对话框
September 15, 2009Electromagnetic Design33
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您关心的 2D斜槽分析!
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Mesh of a Switch reluctance motor
Three-phase induction motor
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斜槽设置
September 15, 2009Electromagnetic Design35
能够设置斜槽电机。
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斜槽后效果比较
September 15, 2009Electromagnetic Design36
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Cogging Torque Result
September 15, 2009Electromagnetic Design37
No Skew
Skew
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您一定关心,除了先进的算法,是什么从根本上保证了OPERA
如此高的精度?
Three-phase permanent magnet synchronous motor model
Mesh of a Switch reluctance motor
Three-phase induction motor
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根据麦克斯韦方程组,电磁计算一切来源于对 B 、 H 和 E、 D 的计算,其余关心的参数都为该 4 大参数后处理结果。
然而,根据有限元原理,网格质量根本上保证了 4 个参数的计算精度。
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opera 支持所有网格种类–六面体 Hexahedra:–四面体 Tetrahedra–棱锥体 Prism–角锥体 Pyramid
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网格根据有限元计算原理,遵循七大法则!
1.三角形单元不重叠。
2.边界或内部边界上的三角形,只有一边压在边界上。
3.当交线为曲线,用折线段近似代替。
4.任意三角形顶点必须同时是其相邻三角形的顶点。
5.交界上边界条件不同,交界点为三角形顶点。
6.三角形三边长度悬殊不大,尽量为锐角三角形。
7. 场梯度变化较大地方剖分会更细密。
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不止内核先进,更支持手动控制网格,大到面,小到点的范围内的网格控制。
20*20*20正方体模型网格控制演示
原始网格 基于点的网格控制
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20*20*20正方体网格控制演示
原始网格 基于线的网格控制
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20*20*20正方体网格控制演示
原始网格 基于面的网格控制
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OPERA 完善的网格功能保证您在计算过程中不会出错!保证您极高的计算精确度!
Three-phase permanent magnet synchronous motor model
Mesh of a Switch reluctance motor
Three-phase induction motor
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英国 Cobham集团
拥有 70 多年历史的专注于航空航天军工领域的国际大型集团,其下属部门及子公司分布全球。
- 成立于 1934 年,世界军工 100 强- 应用领域:太空、航空、陆地、海事- 有四个部门:航电检测、防御系统、导弹系统、航空服务- 全球员工超过 12 , 000 人,年收入达 $3 billion ,客户 100
多国家-公司分布:英国本部、美国、澳大利亚、印度、南非
Vector Fields — Cobham Technical Service
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全球主要客户列表
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