电机电磁场有限元分析

电机电磁场是工程领域中所遇电磁场的一种，电磁场问题的理论基础是Maxwell方程组，各种电磁场问题均可等价于数学领域中偏微分方程的初、边值问题。

电机电磁场所包含的类型很多，如按场源是否随时间变化可分为稳态场与时变场；按求解区域的媒介线性与否可分为线性、非线性问题；按电磁场位函数的维数可分为一维、二维、三维问题。就从电机电磁场分布区域来看，也有气隙磁场、端部磁场、铁心磁场、电枢导线涡流场等；从理论上讲，用数值方法可以解决上述问题，但实际工程应用中，即使是基本的二维稳态电机电磁场问题，电机设计者也较少从场的观点出发，采用有限元或其它数值法进行求解，究其原因，除客观条件限制外，主观上仍有两方面：其一是要用有限元或其它数值法求解电机电磁场问题，则设计者本身至少要精通该数值方法的理论及过程、相应的计算机程序语言及数据结构、输入数据文件的建立，有时还要进行必要的程序修改、编译等；其二，设计者在数值计算前，由于数据前处理过程单调、数据量浩繁，其工作量约占整个有限元分析工作量的80%，因此，电机电磁场数值计算的工程应用研究已经提到较重要的位置，即如何从电机设计者角度出发，将较成熟的求解电机电磁场的数值算法如有限元法在过程上通用化，操作上简捷化，数据管理上自动化，让电机设计者真正将有限元法作为一种求解电机电磁场的通用工具，正如会使用计算器的人，并非必须了解其工作原理、机器语言、数码显示等。

由于有限元理论已比较完备，相应的计算方法及软件已在工程领域中作为分析计算的工具，因此，电机设计人员更关心如何应用有限元法来分析计算电机电磁场，即有限元前（后）处理。

1、有限元前处理：是指在有限元分析程序运行以前，针对某一具体问题所必须的所有数据的准备工作。就电机电磁场而言，它主要包括求解区域的确定、几何模型描述、区域网格剖分、节点、单元编号及优化、各种信息数据生成等。

2、有限元后处理：进行电机电磁场有限元分析的目的，是让电机设计者对电机磁场有清晰直观的认识，而有限元法作为一种数值算法，其分析计算的结果因数据浩繁，不便分析评价。将这些数据转换成工程领域所熟悉的各种图、曲线、表格等对工程分析及设计评价是很必要的，这就要用到有限元后处理。

• 分析方案
• 应用案例
• 适用的相关软件

• 有限元分析工程技术能提供优质快速的电机设计与电磁分析服务，内容包括：

  （1）电机设计
  v 同步发电机设计与优化
  v 无刷直流电机设计与优化
  v 传统有刷整流电机设计与优化
  v 感应电机设计与优化
  （2）电机电磁分析
  v 电机结构分析
  v 电机基本性能分析
  v 电机电场分析
  v 电机冷却分析
  v 磁屏蔽分析
  v 永磁电机的交直轴电感计算
  （3）电机温度场和流体场计算
  v 电机内温度场计算
  v 大型电机的水冷却分析、空气冷却分析、油冷却分析
  v 电机风扇冷却分析
  v 噪声分析

   

  电磁场分析：

  稳态磁场分析: 激励不随时间变化,如永磁体的磁场、稳恒电流产生的磁场等

  谐性磁场分析: 激励按正余弦规律变化,如感应式电机

  瞬态磁场分析: 激励随时间无规律变化

  温度场分析：

  通过温度场计算,得到电机整机或部件的温度分布、热量的获取和损失、热梯度、热流密度等。

  稳态温度场分析:热源不随时间变化

  瞬态温度场分析:热源随时间变化

  结构分析：部件刚强度计算，接触应力计算，固有频率计算，动态响应计算，临界转速计算等