MagNet操作教程.doc

MagNet操作教程前言以三相异步电机为例，介绍MagNet软件（版本6.22.1）的基本操作步骤。和一般的有限元软件相类似，对一个模型的分析包括以下步骤。建立几何模型编辑和设定材料设置线圈和电路连接设置边界条件设置剖分网格参数求解后处理1. MagNet界面介绍安装MagNet和相应的License后，可以运行MangNet。在Windows系统中，点击开始程序MagNetMagNet启动MagNet。其主要的界面如下（可通过菜单ToolsTool Bars自定义工具栏）。161151312141110987654321） 下拉菜单File：新建、打开、保存文档，输入、输出模型、动画等Edit：Undo、Redo，拷贝，粘贴，删除。各种类型的选择功能等。Draw：光标方式，画直线、圆弧、圆等，移动、旋转、镜像等，布尔操作等Model：生成实体，对实体进行操作，生成线圈，运动部件等等。Boundary：各种边界条件，表面阻抗，簿壁特征等Circuit：打开电路窗口，设置电阻、电感、电容、开关、换向器等电路元件，进行连接、移动、对齐等。Solve：选择求解器，设定求解参数、时间步长等。View：各种视图选项和设定等。Tools：动画、脚本工具，场量探针，各种工具条的打开和关闭操作等。Window：窗口操作等。Help：帮助文件，对应相关操作的脚本等。2） 边界条件3） 运行脚本，VBS格式的文件4） 直线、圆弧分段工具5） 模型视图旋转调节6） 模型视图角度调节7） 移动复制旋转等操作8） 电子元件9） 电子元件的排列10）工程栏Object：对文件中的元件，线圈，电路等操作Material：定义，编辑材料库Coil：对线圈定义Problem：求解问题列表Field：显示求解后的各种场量View：各种视图参数11） 选取工具12） 画线、圆弧、圆工具13） 生成实体工具14） 建模及显示窗口15） 电路图窗口16） 键盘输入工具2. 建立三相异步电机模型以陈世坤电机设计第十章计算例题（263页）为例，电机型号Y160M-4（Y：产品类型代号，表示异步电动机；160：电机中心高，表示轴心到地面的距离为160毫米；M：电机机座长度，表示为中机座；4：极数，表示4极电机。）额定功率11kW，额定转速1460r/min，气隙厚度0.5mm，轴向有效长度155mm，单层交叉绕线，每圈匝数29，导线线径1.3mm，2根并绕，电源三相380V pdf格式电机设计下载地址：/f/11264398.html?from=like模型可以直接在MagNet中建立，也可以以2D模型导入，如AutoCAD的DXF文件，然后再经过拉伸、旋转等生成3D实体。现使用AutoCAD的dxf文件导入，电机Y160M-4详细尺寸如下所示（单位mm、度）：程序下载地址：/soft/xdowns2009.asp?softid=80090&downid=21&id=82365打开MagNet，选菜单ToolsSet Units，Length单位与上述一致，选Millimeter（毫米）在窗口左侧工程栏：导入2D图形： 如下图所示，在XY平面建立了三相异步电机的2D图形。用工具栏“Select Construction Slice Surfaces”选择定子部分（见界面介绍11）。用工具栏“Make Component in a Line”生成实体（见界面介绍13）。弹出对话框，设定参数，如拉伸距离，选择材料，定义实体的名字等。拉伸距离distance即轴向长155，材料material选择硅钢Carpenter: Silicon steel：点OK生成定子铁心3D模型：同理，选择转子铁心（硅钢）、定子槽（铜：Copper: 5.77e7 Siemens/meter）和转子槽（铝：Aluminum: 3.8e7 Siemens/meter）和轴（S430: 430 Grade stainless steel）可分别生成转子铁心、定子绕组、转子导条、轴的3D模型，拉伸距离都为155。同一材料的实体在拉伸前可按Ctrl键同时选中统一拉伸生成实体，比如同时选中36个定子槽图形统一拉伸，一次性生成36个实体，不必每个实体单独拉伸一次。对气隙的处理，可分为两层，内层归转子部分，外层归定子部分。这样可以以气隙的中心线为转动部分的分界线，同时2层设定可以提高求解精度。气隙拉伸材料选择AIR，距离155。在DXF图形中已将气隙划为两层：对于要考虑漏磁的模型，一般要在定子外侧设定空气包AirBox。需先画一个包含住整个电机模型的圆，再拉伸生成空气包包住整个电机模型。选择菜单ToolsKeyboard Input Bar，窗口下方将显示键盘输入栏以输入坐标。点选工具栏画圆工具（见界面介绍12），在键盘输入栏先输入圆心(0, 0)回车，再输入圆上任一点如(0, 135)回车画圆如下，选定外侧环形区域：拉伸：这样完整3D模型如下：3. 编辑设定材料特性上述步骤都是使用MagNet自带材料库中的材料，也可以根据实际需要对所使用的材料属性进行创建和编辑。所有材料的属性设定为温度的函数，或者温度和频率的函数。低频材料库包括了65种预定义的材料。用户定义材料库中包括了用户创建和修改的材料。下图所示为Material页。其中1为系统自带的材料库。2为用户自定义的材料库。3为模型中使用的1和2中的材料。132如果在默认材料库中找不到所需材料，可新建材料：在“UserDefineMaterials”点击鼠标右键，出现“New Users Material”，点击它打开材料定义模板。依次选择和输入相关参数，来完成定义。如BH曲线，损耗曲线。以下介绍内容与本模型无关：对于具有线性退磁曲线的材料来说，只需要定义相对磁导率和矫顽力。以上介绍内容与本模型无关本模型需要将铜的电导率设置为非常大，电阻可忽略，在连接电路时另外计算绕组电阻串接以获得更好的仿真效果。如下图在MagNet窗口左侧工程栏材料页：如此即相当于新建一种电导率非常大的铜，电阻可忽略不计。同理，在general页也可以修改材料颜色display color，可以另外设定三种颜色不同的铜分别作为三相绕组的材料以便识别：4. 建立线圈和电路连接把定子槽按下图顺时针编号（1至36），紫、绿、红线表示了三相绕组各自的绕接方法，即本模型电机使用的单层交叉式绕线。（下图为另外添加的示意图，不在MagNet中出现）先在MagNet左侧工程栏object页将空气包设置为不可见以选中定子绕组实体建立线圈：用工具栏“Select Components”（见界面介绍11），先设置A相：按下Ctrl键不放开，依次同时选定对应槽号的定子绕组实体（必须按此先后顺序点选）：1-9-2-10-18-11-19-27-20-28-36-291、2、18、19、20、36点选的先后次序数为奇数，建立线圈后电流参考方向将被标为流出平面，其余的将被标为流入平面。选中后显示如下，四个极内的A相槽在圆周呈均匀对称排布（每极每相槽数：3）：点菜单ModelMake Simple Coil（建立简单线圈），生成A相线圈Coil#1，刚才所选的线圈连接为依次串联，在窗口左侧工程栏可将其改名（选中后停1秒再点一下可重命名）为A以便识别：生成一相完成后选菜单EditUnselect All，以便生成另一相线圈。同理，生成B、C相线圈，点选顺序为：B相：32-3-31-23-30-22-14-21-13-5-12-4C相：7-35-6-34-26-33-25-17-24-16-8-15如此，即可保证相邻极相组电流参考方向相反。其中规定的电流参考方向能够在窗口中显示出来，这个方向可以更改：在工程栏Coil页，右键点击线圈名称，选Properties（属性），可以定义编辑线圈特性，如名字，匝数，电流正方向，截面积，电压激励或电流激励等。把所有的线圈都定义好后，如有必要外接驱动电路，可以打开“CircuitNew Circuit Window”在电路窗口建立设备的驱动电路，并将电路与所分析的模型相连。对转子导条，则必须每一个导条单独生成coil，不可同时选中，转子共生成26个coil。对26个转子导条，类型都改为实心线圈solid（stranded为绞线）：把所有的线圈都定义好后，如有必要外接驱动电路，可以打开菜单“CircuitNew Circuit Window”在电路窗口建立设备的驱动电路，并将电路与所分析的模型相连。由于前面已忽略铜的电阻，模型中也没有绕组端部，所以需在每相绕组另外串联电阻电感以等效绕组的电阻和端部漏感。计算方法参考电机设计第四章公式4-4（电阻），公式4-38和公式4-92（单层交叉绕组端部漏感，与分组单层同心式公式一样）。计算结果为：每相电阻0.967106627855295欧姆，每相端部漏感0.0018296416663445亨利。打开new circuit window，把左侧A、B、C三相绕组的图标拖放到右侧，然后从circuit菜单添加voltage source（电压源）、resistor（电阻），inductor（电感），用connection（导线）连接如下图（电源星形，绕组三角形连接）：对其中的每个元件点击右键，选properties（属性），可设置其属性。对每个电阻，阻值设置为刚才的计算结果：每个电感同样：三相对称电源设置：对于转子电路，模型中没有端环，所以需要另外加入等效电阻电感。电阻和电感的值需要另外建立等效模型求出，暂不介绍，现在直接用其计算结果：每段端环电阻：1.021494574864e-006欧姆，电感：2.058228443526e-008亨利两个端环分别分为26段，每段都包含上述值的电阻电感各一个，按照实际电机中端环与导条的连接方式在电路图中连接起来如下（较为繁琐，可在示例模型中查看完整的连接电路）：设置转子：用Select components工具按下ctrl同时选定转子铁心、所有的转子导条、转轴、内侧气隙，选菜单modelmake motion component，即可设置所选实体为转动部分，设置负载转矩：5. 设定边界条件和网格参数边界条件定义了在边界和未求解区域的场分布情况。默认的一元边界条件是磁力线平行于边界。对于部分建模的电机，比如只求解一个极或两个极，则要定义二元边界条件：奇对称（Odd Periodic Boundary）或偶对称（Even Periodic Boundary）边界条件。为提高求解精度和速度，对不同的实体，设定不同的网格大小。一般气隙设小一点。另外还可以设定直线，圆弧分段来控制网格数，或者设定曲率大小来控制网格数。如下图设