Motor-CAD是Ansys針對旋轉電機快速設計分析的一款軟件，擁有EMag電磁、Therm熱路法、Mech機械應力分析、Lab虛擬試驗室四個模塊，軟件通過這幾個模塊可以快速進行多物理場的電機設計。

在Motor-CAD中可以設計包括：永磁無刷電機、開關磁阻電機、感應電機等所有典型的徑向磁通旋轉電機。

本系列將會通過Motor-CAD設計一臺無刷永磁電機。在上一期我們通過Motor-CAD的EMag模塊快速設計了一臺電機：

(資料圖片僅供參考)

分析設置

菜單中點擊Caluculation選項卡打開設置界面，設置內容如圖1.1所示。設置完畢后根據需要計算的內容在Performance Tests中勾選相應內容，并點擊Solve E-Magnetic Model開始分析計算。分析完畢后會彈出如圖1.2所示的消息框Message Display，在消息框中會提示模型存在的問題，仿真耗費時間等信息。

圖1.1 分析設置

圖1.2 消息欄

查看分析結果

經過短暫的計算，可以通過菜單欄中的E-Magnetics來查看結果圖，在該界面中可以自由屏蔽需要的幾何對象或物理量，還可以進行選擇顯示步長、網格、顯示輪廓，輸出結果等操作。點擊Play all按鈕可以播放磁密隨時間變化過程的動畫，也可以選擇某一節點展示當前節點的仿真數據，如圖1.4。

圖1.3 仿真結果

圖1.4 不同節點

不同計算結果類型選擇

如圖1.5所示為可供選擇的不同計算結果類型，根據需求自行選擇。Cogging計算齒槽轉矩，On Load Torque負載工況下的瞬態轉矩（轉矩計算），On Load Loss負載轉矩瞬態計算工況下的損耗計算，Static OC單個空載點計算（用于Q軸電流計算），Open Circuit Transient開路瞬態計算（反電動勢計算），Open Circuit Loss開路損耗計算，Static Load單個負載電工況。

圖1.5 計算類型選擇

查看具體數據

點擊Output Data欄可以查看電機具體數據，在Drive界面可以查看如線/相電壓、線/相電流、相位超前角、電感、反電動勢、交軸和直軸電流等數據。

圖1.6 具體數據

查看電磁分析數值

點擊Output Data欄下的E-Magnetics即可查看電磁分析后的數據結果，如圖1.7所示，在該界面可以查看如no load speed空載轉速，Average torque（virtual work）平均轉矩虛功，Average torque（loop torque）平均回路轉矩，Cogging Torque Ripple齒槽轉矩脈動，Electromagnetic Power電磁力，Input Power輸入功率，Output Power輸出功率，Shaft Torque軸轉矩等數據。

圖1.7 電磁分析數據

Output Data其他界面

除了Drive和E-Magnetics以外還有如Phasor Diagram相量圖，Equivalent Circuit等效電路，Flux Densities電通量密度，Losses損耗等界面。

圖1.8 相量圖界面

查看波形圖

選擇Graphs圖形欄，在Graphs欄內可以點擊Data直接查看具體數值，也可以點擊Graphs查看波形圖，還有Harmonicsc查看諧波。以Graphs為例，在Graphs欄中可以通過Summary查看圖形集合，也可以單獨查看如電流、反電動勢、轉矩、齒槽轉矩、氣隙磁密等波形。

圖1.9 波形圖

圖形查看器

點擊Help選擇Graph Viewer打開圖形查看器，使用圖形查看器可以自行編輯圖形和輸出數據。

圖1.10 打開圖形查看器

圖1.11 查看器界面

Lab模塊界面

除了以上數據之外，在Motor-CAD中使用Lab模塊也能查看Map云圖。Model Build用于配置并創建詳細、準確的電磁損耗計算模型，Calculation用于設置電壓和定義工作點，匝數和溫度范圍；Electromagnetic對轉矩-轉速和2D效率Map圖、損耗、工況數據等進行電磁計算；Thermal用于對轉矩-轉速曲線和考慮溫度極限的2D Map圖進行計算；Duty Cycle用于計算轉矩、轉速關于時間的定義；Operating Point用于對指定的轉矩、電流、溫度和轉速工況進行計算；Calibration用于開路、短路測試；Generator用于計算發電機轉速以及負載阻抗；Setting用于模型建立以及計算的設置。

圖2.1 Lab界面

峰值轉矩-轉速特性

點擊Model Options對模型進行如圖2.2設置，并點擊Build Model建立模型，在建立完畢后Model Status會出現數值并且可以得到短路電流、曲線擬合優度的具體數據。

圖2.2 模型設置

圖2.3 具體數值

計算設置

點擊Calculation選項卡進行如圖2.4中的設置，設置完畢后點擊Electromagnic選項卡進行如圖2.5中的設置，點擊Calculate Emagnetic Performance進行計算。計算完畢后會彈出曲線圖以及數據，如圖2.6所示。

圖2.4 計算設置

圖2.5 計算設置

圖2.6 計算完畢

本系列內容未完待續，敬請期待下期精彩。

下期預告：使用Motor-CAD對電機進行熱分析

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