用ansoft计算电感解析

油浸式空心磁屏蔽电抗器电感计算的研究
刘克彬;杨宇环;商涛;谭桂新;边海峰
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2016(52)2
【摘要】基于解析法与Ansoft电磁场仿真分析相结合的方式计算油浸式空心磁屏蔽电抗器的电感,设计制造样机,并通过对样机的试验验证了电感理论计算的准确性。

【总页数】5页(P74-77)
【关键词】空心磁屏蔽电抗器;电感计算;ANSOFT;样机制造;试验验证
【作者】刘克彬;杨宇环;商涛;谭桂新;边海峰
【作者单位】北京电力设备总厂
【正文语种】中文
【中图分类】TM478
【相关文献】
1.干式空心并联电抗器与油浸式铁芯并联电抗器比较分析
2.油浸式全磁屏蔽空心电抗器的研究
3.基于Ansoft的空心电抗器磁屏蔽研究
4.干式磁屏蔽电抗器与干式空心电抗器的性能比较
5.基于Ansoft的空心电抗器磁屏蔽研究
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Ansoft在“电机及电力拖动基础”课程教学中的应用作者：雷美珍任佳来源：《中国电力教育》2013年第05期摘要：针对“电机及电力拖动基础”课程的特点和实际教学中存在的问题，提出了引入Ansoft Maxwell软件辅助课堂教学的改革模式。

以三相永磁同步电动机为教学实例，通过Ansoft Maxwell软件对其二维静磁场进行分析。

实践表明，本图形化教学方法不仅形象直观，便于学生理解电机的基本原理以及电磁场知识，而且有助于提高学生的抽象思维能力和创新能力，从而达到提高教学效果的目的。

关键词：Ansoft Maxwell；电磁场；电机及电力拖动基础；仿真作者简介：雷美珍（1980-），女，畲族，浙江杭州人，浙江理工大学自动化系，讲师；任佳（1977-），女，浙江杭州人，浙江理工大学自动化系，副教授。

（浙江杭州 310018）基金项目：本文系2012年浙江理工大学“嵌入式运动控制”系列课程建设项目、“运动控制系统”精品网络课程建设项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）05-0057-02“电机及电力拖动基础”是电气工程及其自动化专业的一门重要的专业基础课程，主要阐述各类电机的基本结构、工作原理和运行特性。

该课程抽象概念多，涉及电、磁、热、力等综合知识，而且还有较多烦琐的公式推导和计算，特别是电机内的电磁场本身又都是不可见的，这就要求学生不但要具有较好的数学基础，而且还要具备较强的抽象思维能力，这给该课程的教与学带来相当的难度。

[1]在当前课时少、教学内容多、实践环节薄弱的现实下，如何将理论问题实际化、抽象问题形象化，增强学生对电机的直观认识，提高学生的学习兴趣，已成为广大教师普遍关心的问题。

Ansoft Maxwell是美国Ansoft公司的一个功能强大、结果精确、易于使用的二维/三维电磁场有限元分析软件，便于分析电机、传感器、变压器、永磁设备、激励器等电磁装置的静态、稳态、瞬态、正常工况和故障工况的特性。

11.2.2.4 LMATRIXLMATRIX宏可以计算任意线圈组中每个线圈的微分电感矩阵和总磁链。

参见《ANSYS理论手册》第5章。

LMATRIX宏用于在静磁场分析的一个“工作点”上计算任意一组导体间的微分电感矩阵和磁链。

“工作点”被定义为在系统上加工作（名义）电流所得到的解，该宏命令既可用于线性求解也可用于非线性求解。

必须用波前求解器来计算“工作点”的解。

LMATRIX宏的计算依赖于对工作点进行求解的过程中建立的多个文件。

该宏在执行求解之前在这些文件前面加一个前缀OPER来重命名文件，并在完成求解后自动保存这些文件。

用户自己也可以保存这些文件的拷贝以进行备份。

该宏命令返回一个N×N＋1矩阵参数，N×N部分表示N-绕组系统的微分电感值，此处N表示系统中的线圈数。

N＋1列表示总磁链。

第I行表示第I个线圈。

另外，电感矩阵的值还以文本文件的格式输出，以供外部使用。

文件中第一个列表表示每个线圈的磁链。

第二个列表表示微分电感矩阵的上三角部分。

命令：LMATRIXGUI：Main Menu>Solution>-Solve-Electromagnet>-StaticAnalysis-Induct Matrix在调用LMATRIX宏之前，还需要给线圈单元赋一个名义电流值。

对于使用磁矢势（MVP）法或基于棱边元方法进行求解的静磁分析，可以使用BFV、BFA或BFE命令来给线圈单元赋名义电流（以电流密度的方式）。

对于使用简化标势法（RSP）、差分标势法（DSP）和通用标势法（GSP）的静磁分析，可以使用SOURCE36单元的实常数来给线圈单元赋名义电流。

为了使用LMATRIX宏，必须事先用*DIM命令定义一个N阶数组，N为线圈数，数组的每行都表示一个线圈。

数组的值等于线圈在工作点时每匝的名义电流值，且电流值不能为零，当确实有零电流时，可以用一个很小的电流值来近似。

另外，还需用CM命令把每个线圈的单元组合成一个部件。

六相异步电机的ANSOFT有限元分析1 引言目前，在国内外的生产实际中大部分都使用三相交流电机，但是由于多相电机可靠性高、性能好，多相电机将被广泛的应用。

和常规的三相感应电机相比，多相感应电机可以在不提高相电压的情况下增加电机的容量，谐波成份小，运行性能好[1]。

本文利用ANSOFT软件对相同定转子结构的三相电机和六相电机进行了有限元分析，三相电机采用一般的三相60°相带绕组，六相电机采用六相双Y移30°绕组。

与三相电机相比，六相电机具有以下优点：（1）在相同的电机额定容量下，六相电机每相的容量是三相电机每相容量的一半。

因此，从三相电机过渡到六相电机设计时，可保持电流不变或较原来数值为小，而在原来电压至其一半之间选择电压，以获得最佳方案。

由此可见，六相电机通过增加电机相数，实现低压大容量。

故相同容量的电机，六相电机的电压及电流的选择范围更为广泛[2]。

（2）电机相数的增多，使得空间谐波次数增大，且幅值下降，转矩脉动下降，降低了电机的机械振动和噪声。

六相双Y 移30°绕组在对称负载下，由基波电流产生的合成磁动势谐波中，只存在v′=（12k±1）次谐波，式中k=0，1，2，…。

与三相60°相带绕组的v′=（6k±1）次谐波比较，六相双Y移30°绕组不存在v′=5，7，17，19，…等次谐波，特别是5次和7次谐波，是三相绕组磁动势谐波中较强的两个分量，对电机的性能影响较大。

因此，六相绕组不产生这两个分量的磁动势谐波具有重要的实际意义[3,4]。

（3）可靠性提高。

多相电机相数的冗余，使多相电机在定子一相或多相开路或者短路时可降额起动并继续运行，与三相电机相比，多相电机可在缺相时继续运行[5]。

（4）能减小槽电流从而节约导线材料。

当改用六相绕组并保持相电压不变，和原来的三相绕组比较，相电流可以降低一半，从而可以减小导线截面积节约材料。

2 六相电机的工作原理多相感应电机和一般的三相感应电机在主要结构和组成形式上是相同的，都是由定子和转子组成的。

Ansoft使用教程作者：crazy pig一、建立工程点击软件打开界面，点击软件界面的快捷键，建立新工程二、加入模块点击菜单Project，当需要建立3D工程的时候，点击下拉菜单的Insert maxwell3D Design；当需要建立2D工程的时候，点击下拉菜单的insert maxwell2d design；当需要建立电机模型的时候，点击下拉菜单的insert Rmxprt design。

三、选择求解器点击菜单maxwell3D，在下拉菜单中选择solution Type，此时弹出对话框如下图所示Magnetic中magnetostatic为静态磁场分析；Eddy current为谐态分析(也叫涡流分析)；Transient为瞬态分析。

Electric中Electrostatic为静态电场分析；DC conduction为直流传导分析；Electric Transient为瞬态分析。

以上各种分析时态有各自的办法，需根据具体情况进行具体分析。

如当需要进行电感求解时，采用Magnetostatic；当需要进行运动分析的时候采用Transient或者Electric Transient，他们之间不同的是一个是磁场，一个是电场。

四、创建模型模型为如上图所示，里面橘红色的是铜材料绕制的线圈。

外面的线框是求解域region。

建立好模型后按下键盘的ctrl+S进行保存。

五、赋予材料选中线圈，在最左边的properties对话框中出现了此线圈的属性框，如下图所示。

在Name栏的Value里面的Rectangle1改成线圈的名字，如coil，或者其他的名字。

在Material菜单的Value里面点击Vacuum出现了Edit 选项，点击Edit进行材料修改。

点击Edit后弹出如下对话框，在Name里面选择copper，铜材料，点击确定。

Region默认材料为Vacuum，无需进行修改。

六、添加输入源选择select Faces，选中线圈的接线铜排与region的基础面，如下图所示，红色的面是选中的面。

利用ansoft进行电磁铁的3D仿真
整理：舒伟方，记录一下自己的操作过程，存在一些不足之处望大家指点一二。

1、先用solidworks软件绘制电磁制动器数模，要是零件体，且各零件之间不要求和，是分离的体。

（且绕组与软磁材料之间流出间隙1mm左右，铁板与软磁之间流出气隙距离，在此我留了0.5mm）
1、转成STP、STEP、XT其中一种格式
2、导入Maxwell
3、设置求解器类型
4、设置零件材料
先设置零件材料库，将路算里的材料库导入，且设置为默认
设置零部件材料选中相应数模
5、设置绕组电流激励源现将零件设置成透明的
在绕组上分出施加激励的面，选中绕组
可见YX方向可将绕组对称剖开
分离面
将多余的面删除
选中面1施加电流源
根据实际情况施加电流且注意电流流向，类型选择stranded（其中电流大小为单根电流乘以匝数）
6、添加求解域
输入扩大百分比为10% 8输入求解电感及吸力
勾上
输入圈数
选中被吸的铁板
选中铁板后添加吸力求解
9、添加setup，默认便可
分析
10、查看结果选中软磁和铁块
吸力是Z方向
力为-2.1kn，方向为z负方向电感如下
可见线圈1自感54mH，线圈12互感2.56mH，线圈2自感54.42mH 再根据两个电感是串联还是并联计算总电感
公式如下。

ansys电感参数
ANSYS是一款广泛使用的有限元分析（FEA）软件，可以用于分析电磁场问题，包括电感参数的计算。

在ANSYS中，可以使用磁场分析模块（如ANSYS Maxwell）来计算电感参数。

具体步骤如下：
1. 创建模型：在ANSYS中创建三维模型，并设置相应的材料属性，如导磁率和电导率等。

2. 网格化模型：对模型进行网格化，以便进行有限元分析。

3. 边界条件和激励：根据实际情况设置边界条件和激励，如电流源、电压源等。

4. 求解器设置：选择合适的求解器进行计算，并设置合适的迭代次数和收敛准则等参数。

5. 运行分析：运行分析并获取结果文件。

6. 后处理：使用后处理器查看和提取结果，如电感值、磁通密度分布等。

需要注意的是，电感参数的计算需要准确的模型和合适的边界条件和激励。

同时，结果精度也受到网格尺寸、求解器设置等因素的影响。

因此，在进行电感参数计算时，需要仔细考虑这些因素并进行适
当的调整。

搞定了搞定了。

呵呵，真是磨刀不误砍柴工啊哈哈。

现在的循环就是可以只是每次修改施加的电流激励，前面的建模剖分边界条件等都不需要调整。

上个帖子主要是讨论从外部调用ansys，现在不需要了。

ansys自己输出文件，我们找个程序来访问这个文件即可。

从此不需要每次都等待计算完毕，自己拷贝粘贴结果再修改电流激励，重新计算了。

=======================================================!by llkg 20081008 18:40!将这个宏命令修改成可以循环执行的命令呵呵*dim,cur,,1*dim,coils,char,1coils(1)='c1'/PREP7et,1,solid117MP,MURX,1,1 ! RELATIVE PERMEABILITY OF AIR!!!!!!!!!!!!单独建立线圈单元，都采用117单元!建模!剖分!施加边界条件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!前面进行设置边界条件完毕/out,ind_re,txt/com Index Current(A) Ld(H)/out!!!!!!!!!!!!!!!!!!!循环执行*do,L,100,500,100/prep7cur(1)=LJsy=cur(1)/s_coresvsel,s,,,2 !施加激励eslv,sEMODIF,all,ESYS,11,BFE,all,JS,1,0,Jsy,0, , alls/solusolvelmatrix,,'c','cur','ind'/out,ind_re,txt,,append*vwrite,L,cur(1),ind(1,1) (5X,F5.0,3X,g20.6,3X,g20.8) /out*enddo!!!!!!!!!!!!!!!!!!!循环执行FINISH/exit,NOSAVE。

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交直轴电感，是同步电机分析和控制所必须的重要参数。

关于如何计算，只要是电磁场有限元和电机方面的论坛，都有相关的讨论。

遗憾的是大都停留在泛泛层面，鲜有具体阐述。

授人以鱼，不若授人以渔。

本帖拟从电感矩阵变换的角度出发，从原理上对此问题讲清楚，并给出具体操作流程。

一、基本流程1、参考方向（reference direction）图1 电机参考方向的定义2、冻结磁导率（frozen permeability）对于线性材料来说，它的磁导率是一个常数，不存在冻结磁导率（frozen permeability）之说，也不存在饱和之说；但对于电机里面的铁磁材料而言，不同电流下，铁磁材料的磁导率是不同的，因此电感参数也不一样；实际计算电感时，要考虑电机额定运行工况时的饱和程度，计算出来的电感才有实际意义。

这只有通过冻结磁导率的办法，才能实现。

冻结磁导率具体步骤如下：（1）、计算额定工况饱和程度。

此时的激励包括额定电枢绕组电流、额定励磁绕组电流，铁磁材料为非线性磁化曲线，方程为非线性方程；（2）、在（1）中的非线性方程迭代求解结束后，计算各个单元的磁导率，并冻结各个单元的磁导率（frozen permeability），此时磁导率为常数；（3）、去掉（1）中所加的所有激励，将电机铁磁材料的非线性磁化曲线更换为（2）中保存各个单元的磁导率，此时电机电机电感与电流无关；然后分别给每个绕组施加1A的电流，计算磁场，此时的方程为线性方程；（4）、计算（3）中能量，再依据能量法计算电感。

Ansoft maxwell计算电感矩阵时，是会自动冻结磁导率和考虑饱和影响的，没必要手动冻结磁导率。

当然我们也可以依照上述四步，手动冻结磁导率，然后计算电感，两种方法结果是完全一样的。

3、电流的加载（excitation）采用静磁场计算，为了计算额定工况，电机应该施加额定电枢电流和额定励磁电流。

施加额定电枢电流时，需要施加对应于该转子位置时刻的三相电流瞬时值，这样才能与额定工况相符。

11kW、380V、3相感应电机〔未标注长度单位：mm〕1、电机数据1.1 额定数据额定功率P N=11kW；额定电压U N=380V；相数m=3相；频率f=50Hz；极对数p=2；额定转速：1460r/min定子绕组接法：∆接；B级绝缘；封闭型自扇冷却，主要技术指标按技术条件3074-82的规定1.2主要尺寸定子外径D1=260；定子内径Di1=170；转子外径D2=169；转子内径Di2=60；铁心长度l t=155；定子槽数Z1=36；转子槽数Z2=26。

1.3定子数据定子槽数数据：见图1图1 定子槽型数据槽绝缘厚度：0.3定子绕组数据：单层交叉时，节距：1~9、2~10、11~18每线圈匝数：29；线规：2⨯1.3，漆层厚度：0.08〔双边〕并联支路数：1每相串联匝数：174绕组端部直线局部长度：1575︒C时铜线电阻率：0.0217⨯10-6Ω.m硅钢片密度：7.8⨯103kg/m3铜材密度：8.9 ⨯103kg/m31.4转子数据转子槽型与端环数据：见图2转子内径：60a) b)图2 转子槽型与端环数据75︒C时铝材电阻率：0.0434⨯10-6Ω.m1.5其他数据杂耗系数：0.02机械损耗：102.8W铁心材料：D232、RmxPrt计算〔Ansoft12〕2.1 计算过程注意槽形尺寸标注同课本不同：图3 绕组排列〔可以得到端部连接〕铝材的编辑结果需要看最后的计算结果〔Solution Data〕，在Solution Data中给出的是铝材75︒C时的电阻率〔单位：Ω.mm2/m〕,但铝材输入编辑时给定的是75︒C时的电导率〔单位：Siemens/m〕:1Siemens/m=1/Ωm。

正常铝在75︒C时的电阻率为0.0434Ω.mm2/m=0.0434⨯10-6Ωm，化为电导率为23041475Siemens/m，因此在编辑铝材时需要赋23041475Siemens/m时的电阻率。

1、在ansoft计算，查看solution data得:
串连（文件名12）:
2、在matlab中计算电感
公式：
程序：
th=input('th='); %输入初始角22.5度，对么？不对是-90°
L=input('L='); 把1中得到的3X3的电感矩阵带入
C=sqrt(2/3)*[cos(th) -sin(th);cos(th-2*pi/3) -sin(th-2*pi/3);cos(th-4*pi/3) -sin(th-4*pi/3)];
CT=sqrt(2/3)*[cos(th) cos(th-2*pi/3) cos(th+2*pi/3); sin(th) sin(th-2*pi/3) sin(th-2*pi/3)];
Ldq=CT*L*C;
Ldq;
b=0.031*Ldq;%乘以长度系数
计算可得：
因此ld=150.9164mh lq=58.5723mh
用同样的方法计算
并联（文件22）:
初始角还是22.5度
长度还是0.031米
算得
因此ld=0.2452mh lq=0.1393mh
问题：
1、计算出b以后，这是个2x2的矩阵，怎样确定哪个是ld哪个是lq？我就直接把对角
线上的第一个当ld，第二个当lq了？但好像不对，因为这样ld>lq，和理论不符啊？
2、感觉串连计算出的电感似乎太大了，并联的好像还差不多，但两者差距太大不满足
四倍的关系啊？
不对的地方：
角度也不对，应该是-90°。