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电机设计的有限元分析都分析什么?

7月前浏览7213

文章摘要

随着电气化和智能化的发展,电机和电器设备趋向大型化、小型化和智能化,设计面临更复杂的技术挑战。现代工程仿真技术成为应对这些挑战的关键工具。文章概述了电机电器设计中的几个典型应用领域,包括电磁仿真、电场仿真、热仿真、结构强度和疲劳仿真以及噪声分析。电磁仿真预测电磁转换效率和损耗,电场仿真评估绝缘性能,热仿真优化冷却方案,结构分析提高可靠性,而噪声分析则关注振动和电磁噪声。文章还详细介绍了稳态和瞬态磁场分析、温度场计算、流场分析以及结构分析等仿真技术在电机设计中的应用,如高速发电机转子轴应力计算、定子振动模态分析和临界转速计算等。这些仿真技术对于提升电机电器的性能和可靠性至关重要。


正文

随着电气化和产品智能化水平的提高,电机、变压器以及高低压电器在各种装备和生活中的应用越来越多,电机和电器朝着容量大型化、体积小型化以及智能化的方向发展。现今的电机电器设计面临着更复杂的技术挑战,只有充分运用现代工程仿真技术才能应对这些挑战。


典型应用领域

1) 电磁仿真。电磁仿真在电机电器设计中扮演非常重要的角色,电磁仿真可以预测电磁转换的效率、各个部件的损耗和发热量、电磁力/力矩等参数,是进一步进行热仿真和结构仿真的基础;

2) 电场仿真。随着电器设备容量和工作电压的提高,电场仿真的必要性性更加迫切,电场仿真能够预测设备的绝缘性、放电和击穿的可能性等性能指标;

3) 热仿真。过热会使电机的可靠性降低,甚至于烧毁,因此热分析与热设计在电机电器设计中非常重要,热分析可以优化冷却方案,改善冷却效果。

4) 结构强度、疲劳仿真。利用结构分析软件研究电机电器在机械载荷和热载荷作用下的强度、刚度、振动和疲劳寿命,可提高设备的可靠性。

5) 噪声分析。模拟结构振动噪声和电磁噪声。 


电磁仿真

 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

混合励磁车用发电机

三维电磁场有限元网格

发电机永磁励磁的磁密分布


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


电机流场分析

电机结构分析、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


高速发电机转子轴应力计算

发电机端部振动模态分析


俄制500MW汽轮发电机定子端部振动模态分析


电磁干扰力下的定子振动


临界转速计算-传递矩阵法计算

临界转速计算-有限元法计算





来源:汽车NVH云讲堂
振动疲劳电磁力电场电机热设计
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首次发布时间:2024-03-26
最近编辑:7月前
吕老师
硕士 28年汽车行业从业经验,深耕悬置...
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