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应用MagNet分析永磁同步电机的操作说明海基科技王飞日期：2007-11 注：本说明只是介绍如何操作，和实际电机可能存在不符。 1

目录 1．问题描述 ...................................................................................................................................................................... 3 2．MAGNET界面介绍 .................................................................................................................................................... 3 3．二维静磁场计算 .......................................................................................................................................................... 4 3.1 建立几何模型 ........................................................................................................................................................ 4 3.2 编辑定义材料 ........................................................................................................................................................ 5 3.3 生成物理模型 ........................................................................................................................................................ 6 3.3 线圈的生成及设置 ................................................................................................................................................ 9 3.4 加载边界条件 ...................................................................................................................................................... 11 3.5 设置剖分网格 ...................................................................................................................................................... 13 3.6 求解 ...................................................................................................................................................................... 13 3.7 后处理 .................................................................................................................................................................. 14 4．反电动势计算 ............................................................................................................................................................ 17 4.1 运动体的定义 ...................................................................................................................................................... 17 4.2 2D瞬态运动求解 .................................................................................................................................................. 18 4.3 反电动势计算结果 .............................................................................................................................................. 18 5．稳态计算 .................................................................................................................................................................... 20 5.1 判断功角为零的位置 .......................................................................................................................................... 20 5.2 稳态计算 .............................................................................................................................................................. 21 5.3 PMSM矩角特性计算 .............................................................................................................................................. 23 5.4 PMSM失步转矩计算 .............................................................................................................................................. 26 2

1．问题描述模型为三相永磁同步电机，定子上有24槽、转子上内置8块磁钢、2对极、额定转速1500rpm，具体做了如下几个问题的仿真分析： 1、对永磁同步电机二维静磁场进行计算，并对气隙磁密进行谐波分析； 2、计算永磁同步电机的空载反电动势； 3、计算永磁同步电机稳态性能； 4、计算永磁同步电机失步转矩。采用Infolytica公司的专业的磁场分析软件MagNet，对模型进行仿真分析。 2．MagNet 界面介绍 1 2 5 7 10 16 3 6 8 4 9 11 14 15 12 13 1）下拉式菜单 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。 3

2）边界条件 3）运行脚本，VBS格式的文件 4）直线、圆弧网格手动划分工具 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）项目操作窗口 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 3．二维静磁场计算 MagNet软件的基本操作步骤。和一般的有限元CAE软件相类似，对一个项目的分析包括以下步骤。建立几何模型编辑定义材料设置剖分网格参数设置线圈和电路连接设置边界条件求解后处理生成物理模型 3.1 建立几何模型 MagNet自身建模功能简单实用，配合其强大的模型导入导出功能，可以建立各种复杂的模型，本模型采用导入导出的方式，首先在AutoCAD中建立永磁同步电机一个极的模型，并将其导入到MagNet中，具体过程如下： 1、首先在AutoCAD中建立几何模型，单位为mm，保存为dxf格式，画图时注意捕捉方式，保证两线完全相交，不存在断点，模型如下： 4

2、打开一个新的MagNet文件，在菜单Tools/set units中设置长度单位为mm，以保证和AutoCAD中的单位一致； 3、导入：菜单Files/Import，选择dxf文件，将前面保存的dxf文件导入即可。 4、设定曲线的平滑度：在项目操作窗口选择View，选择View 1，点右键属性，跳出窗口，将curve smoothness angle的角度改小即可，如下图： 3.2 编辑定义材料模型中定子、转子铁轭材料为50w350，永磁体为铷铁硼，以50w350为例，详细介绍材料定义过程： 1、菜单Tools/New user material，跳出窗口如下：可定义新材料名称（例如50w350），材料颜色，以及材料的说明及用途； 2、点击下一步，跳出窗口如下，选择需要定义的材料属性，例如磁化曲线（non-linear）、铁损曲线（可不定义，但是如果需要计算铁损需定义）、电导率、介电常数以及质量密度； 5

3、继续点击下一步，定义磁化曲线； 4、点击下一步，依次定义损耗曲线、电导率、介电常数以及质量密度，这样就完成了 50w350 的定义。 3.3 生成物理模型前面的几何模型只是一些线段构成的，而现在的物理模型的生成是将前面的几何模型拉伸生成体，并且赋材料特性的过程，本模型具体部件包括：转子铁轭、定子铁轭、永磁体、线圈、空气（气隙层分了四层），以定子铁轭为例，具体步骤如下： 1、选择对象选取工具 6

选择构造闭合面 2、然后在定子铁轭的构造闭合面内任意点击一下，如下： 3、然后选择拉伸工具，例如本模型中采用直线拉伸，如下：直线拉伸点击直线拉伸工具后，跳出对话框如下：设定拉伸长度 65mm，材料为前面定义的 50w350，部件名称为 stator steel。 7

4、继续生成其他的部件，其中注意永磁体的定义，须指定它的磁化方向，Type：Uniform，Direction： (0.86602540378443864676372317075294, 0.5, 0)，表示磁化方向与 X 轴成 30 度，如下：另外一块永磁体的磁化方向，Type：Uniform，Direction： (0.5, 0.86602540378443864676372317075294, 0)，表示磁化方向与 X 轴成 60 度。 5、注意气隙空气的生成，一般分为四层，一层包住转子、一层包住定子、气隙中间单独分为两层，如下图所示： 8

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