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电磁场分析中处理运动边界的新方法
发表时间:2007-2-25 中船重工712研究所 吴海鹰 黄海   来源:e-works
关键字:运动边界法 空间固定步长法 拉格朗日插值法 ANSYS 
本文概述了目前电磁场有限元分析中处理旋转电机运动边界问题所用方法中存在的缺点,如效率低、时间步长非常数和通用性不强,无法进行电机起动过程瞬态分析等。揭示出时间步长非常数是阻碍分析电机转速变化范围较大的起动问题的关键。运用数值计算方法中拉格朗日插值法及转子运动边界虚节点法处理定转子的运动边界,提出一种新的处理方法来大幅提高计算速度,并解决时间步长非常数问题。介绍了用ANSYS软件中APDL予以实现的基本思路,并提供了具体应用实例。

    事先定义两个数组delt(1),delt(2),分别存放定子和转子运动边界节点编号,并保存,这样每次调入模型,取节点号码时,就不用重新选取节点了,把常用的数据做成数组存储起来,可节省计算时间。

      耦合定转子运动边界节点的磁位。用上述转子运动边界虚节点法的耦合节点规律,以图7说明。当转子转过的虚节点数为λ时(λ从0取到(N-1)),满足插值方程A2’=K1A1+K2A2,依此类推。

2.5  计算结果

    图8、9、10、11是一永磁电机的计算结果。从图8和图9中电机局部磁力线分布可见,用转子运动边界虚节点法处理后,后处理结果显示时在定转子气隙中有磁力线不连续现象。

     

    图8 (定转子按运动边界法)局部磁力线分布 

图9 (转子运动边界虚节点法)局部磁力线分布

     

    图10 气隙磁密切向分量波形 

图11 一相绕组的空载反电势波形

3 结论

    经过这样处理后,解决了时步有限元方法中时间步长难于处理的困难。在处理运动边界问题时,完全可以选取时间步长为定常数,在不增加运动边界节点和计算工作量情况下,有效的保证转子可在一个时间步长中旋转任意角度,而且可以提供很好的计算精度。综合运用拉格朗日插值法与虚节点法成为更好的运动边界处理方法,此方法对电机稳态和暂态计算均适用。运用此方法由于在上百次循环计算过程中,只进行一次模型有限元剖分即可,大大简化编程,简化模型网格规模,可灵活的选择计算时间步长,并且在与运动边界法网格一致情况下,保证结果的计算精度相同,极大的节省宝贵的计算资源和计算时间,具有很好的通用性,适用于大部分电机运动边界的处理。

[参考文献]

    【1】 孙玉田、杨明、李北芳 电机动态有限元法中的运动问题大电机技术 1997,(6)

    【2】 严登俊、刘瑞芳、胡敏强、韩敬东 处理电磁场有限元运动问题的新方法中国电机工程学报 2003,(8)

    【3】 汤蕴璆 电机内电磁场(第二版) 科技出版社,1998

    【4】 倪光正 工程电磁场分析计算

    【5】 李红 数值分析(第二版) 华中科技大学出版社,2004

    【6】 ANSYS电磁场培训手册 成都办事处,2002

    【7】 ANSYS  APDL培训手册 成都办事处,2002

     

本文系e-works专稿,未经授权严禁转载。
 
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责任编辑:蒋汉桥