电机电磁仿真建模规范

电机电磁仿真建模规范目录 1 范围 12 规范性引用文件 13 术语 14 软件设施 25 输入数据 26 建模要求 26.1 单位要求 26.2 坐标系要求 36.3 网格划分要求 37 命名规则 77.1 零部件命名规则 77.2 无实体部件命名 87.3 电磁材料命名规则 87.4 文件命名规则 9电机电磁仿真建模规范范围本规范规定了电机电磁仿真建模的要求，用以规范仿真工程师对永磁电机有限元分析时电机模型的参数设置，以提高电机有限元分析的一致性。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2900.25-2008电工术语旋转电机术语术语和定义可参照GB/T2900.25执行。旋转电机（GB/T2900.25中411-31-01）依靠电磁感应而运行的电气装置，它具有能作相对旋转运动的部件，用于转换能量。电动机（GB/T2900.25中411-33-01）将电能转化为机械能的电机。绕组（GB/T2900.25中411-37-01）旋转电机内具有规定功能的一组线匝或线圈。定子（GB/T2900.25中411-43-01）电机的静止部分。转子（GB/T2900.25中411-43-02）电机的转动部分。槽楔（GB/T2900.25中411-43-20）插在槽内绕组上部空间的扁条，利用其锁紧作用，防止槽内绕组产生径向位移。集中绕组（GB/T2900.25中411-37-18）凸极电机的励磁绕组，或其线圈边在每极下只占用一个槽的绕组。分布绕组（GB/T2900.25中411-37-19）其线圈边在每极下占用若干个槽的绕组。线圈节距（GB/T2900.25中411-38-26）一个线圈的两个边所在槽的相隔齿距数。斜槽（GB/T2900.25中411-38-40）转子或定子槽沿轴线偏移一个角度，电机铁心一端槽的角位置与另一端不同。铁心（GB/T2900.25中411-40-01）电机承载磁通的磁路部件，不包括气隙。气隙（GB/T2900.25中411-40-17）磁路内铁磁性部分的中间气隙。软件设施本规范推荐采用AltairFlux12.0及以上版本作为电磁仿真分析及建模软件。输入数据建立电机仿真模型应包括以下数据：几何数据，包括电机定子组件、转子组件及各组成零部件的详细数据模型及图纸（带参数）；电机BOM表（数据变更、工艺方法说明）；电机绕组参数（绕组图，包含槽满率、漆包线线径、并绕根数、匝数、节距、并联支路数、相电阻、接线方法等）；绝缘材料参数（绝缘材料规格、厚度、尺寸、图纸等）；定子、转子硅钢片材料数据（材料牌号、厚度、叠压系数、相对磁导率、BH曲线、不同频率对应的铁损曲线等）；若涉及永磁电机仿真，应提供永磁材料相关数据（牌号、充磁方式，剩磁、矫顽力，或BH曲线等）若涉及感应电机仿真，应提供转子导条材料相关数据（导电率、体密度、相对磁导率等）。建模要求单位要求推荐采用SI单位制，见表1所示：表1单位要求量纲单位长度(X，Length)毫米(mm)质量(M)千克(kg)时间(T)秒(s)电流(I)安培(A)电压(U)伏特(V)电阻(R)欧姆(Ω，ohm)功率(P)瓦特(W)电容(C)法拉(F)电感(L)亨利(H)磁通密度(B)特斯拉(T)磁场强度(H)安培每米(A/m)磁通量(φ，Phi)韦伯(Wb)坐标系要求旋转电机坐标系应以电机回转中心为坐标系中心，电机旋转轴与Z轴重合。图1旋转电机坐标系（示例）网格划分要求网格尺寸本规范推荐的电机仿真分析软件自带内置网格划分模块，推荐采用网格尺寸如表2。表2网格尺寸定子外径小于80mm80~550mm大于550mm定子铁心2~32~55~10永磁体、转子导条1~22~44~8定子绕组1~22~42~8转子铁心1~21~42~8对于相同或相近物理模型，可分为同一组，指定相同网格尺寸；对于较大模型，则网格尺寸可适当放大。如果模型中存在较多的细节特征，可以采取局部加密措施。对于气隙，应确保气隙处在电机径向方向上存在2层或以上网格,如图2所示。图2气隙网格简化原则采用多层硅钢片叠压的定子铁心和转子铁心，无论片数、单片厚度多少，一律按照单独的实体进行建模，硅钢片相关参数作为计算参数输入。电机转子内孔与转轴连接的结构（如平键）或减压槽等，当这些结构与磁钢或转子导条的最小距离大于0.5倍转轴到磁钢或转子导条的距离时，可以简化为整圆处理。电机定子外圆的切边、通孔及连接结构对电机的电磁性能有较大影响，此处结构不可简化。使用铆钉或螺钉锁紧的结构，进行电磁仿真时螺钉或铆钉等紧固件可以去掉，但螺钉孔或铆钉孔应保留。使用卯点自锁紧的结构，卯点应简化成对应尺寸大小的方孔。使用激光焊或氩弧焊的结构，焊缝可以不体现，但焊缝周围的结构必须保留。当圆角小于0.3mm时，可以将过渡圆角简化掉；当圆角大于或等于0.3mm则必须保留。永磁电机，若转子铁心存在隔磁桥，该结构必须保留。图3分块定子铁心（外圈焊缝结构保留，卯点简化）图4自卯铁心卯点冲压结构图5永磁转子（隔磁桥和铆钉孔保留）图6异步电机转子（内圆键槽和减压槽结构）周期性处理当电机结构符合电磁及结构周期性对称时，可以将整体模型简化成部分模型进行分析。例如，三相36槽6极电机可以简化成1/6模型进行分析，三相48槽8极电机可以简化成1/8模型进行分析，三相12槽10极电机可以简化成1/2模型进行分析。斜槽进行二维场仿真时，斜槽不体现在模型上，但斜槽角度应作为计算参数输入。进行三维场仿真时，斜槽应体现在三维模型上。图7转子斜槽（示例，三维场仿真，简化1/2模型）叠高同6.3.4，进行二维场仿真时，电机叠高不体现在模型上，但应作为计算参数输入，此时电机叠高应取定子铁心和转子铁心在轴向方向上重合的最小有效长度。进行三维场仿真时，叠高应体现在三维模型上。绕组及绝缘单个槽内的绕组可以简化为一个单独的实体，绕组并绕根数、匝数、线径等作为计算参数输入。同一个槽内若是有两层或以上绕组，则每层绕组分开单独建模，如图8至图10所示。进行电磁仿真分析时，槽内绝缘及槽楔等应简化掉，不体现在模型上；绝缘材料参数作为计算参数输入。图836槽6极简化1/6模型（两层分布绕组）图948槽8极简化1/8模型（单层分布绕组）图1012槽10极简化1/2模型（集中绕组）命名规则零部件命名规则零部件命名规则如表3所示：表3主要零部件命名规则实体命名转子Rotor定子Shator转轴Shaft绕组Coil磁钢Magnet转子导条Bar压板Plate一个零部件有多个实体的，每个实体要分别以不同的后缀区分，规则如下：磁钢后缀以_N_xxx及_S_xxx区分，其中_N、_S表示不同的充磁方向，xxx为序号；绕组后缀以_PA_xxx、_PB_xxx及_PC_xxx区分，其中_PA、_PB、_PC表示电流方向相同的ABC三相绕组，表示电流方向相反可以用_NA、_NB、_NC区分，以此类推；其他多实体零部件，若无特定功能区分的，如转子导条、分块定子铁心等，一律按后缀_xxx区分；无实体部件命名为了简化计算和后处理过程，或实现某些特定的功能，通常会建立一些无实体部件，相关部件命名应简洁明了，准确体现其作用。例如：Region表示电机的整体计算域及边界；Band表示电机的运动部分，与静止部分区分；Arc_airgap表示气隙内曲线，用于测量气隙磁密。电磁材料命名规则一般软件自带的（电磁）材料命名保持不变；新添加的材料按照材料牌号或常用材料名称命名，添加后缀说明不同材料属性，具体规则如下：常用材料后缀添加_xxC或_xxK表示不同温度下材料属性，例如：“aluminum_75C”表示75℃下铝材料属性；“N42SH_120C”表示牌号为N42SH的永磁体在120℃时的材料属性；硅钢片材料后缀添加_2DSF0.xxx或_3DSF0.xxx表示不同叠压系数下材料属性，例如：“B35A310_2DSF0.950”表示宝钢B35A310硅钢片叠压系数为0.95，使用场景为二维场仿真；“50WW450_3DSF0.970”表示武钢50WW450硅钢片叠压系数为0.97，使用场景为三维场仿真。硅钢片后缀添加_XX表示硅钢片单片厚度，例如：“DW310_35”表示硅钢片牌号DW310，单片厚度0.35mm。文件命名规则主文件命名主文件为每一次计算分析所提供的存档名称，其中包含了所有和工作有关的信息，要求其命名能清晰地表达每个工作的内容，其命名规则按：“电机型号_项目阶段号_分析工况_版本号.后缀名”。主文件附带有有多个文件夹的，应按照zip格式统一压缩存档。工况命名主文件内部可包含多个计算工况