⼀、概述
此⽂档介绍了利⽤Ansoft Maxwell2D 11.0电磁场有限元分析软件对永磁同步发电机进⾏磁场分析的⽅法，读者应先了解Ansoft软件的基本使⽤⽅法后阅读本⽂，Ansoft软件的基本使⽤⽅法可参阅《Ansoft⼯程电磁场有限元分析》（刘国强著，电⼦⼯业出版社）。永磁同步发电机磁场分析的基本流程见图1。
图1 磁场分析的基本流程⼆、求解空载磁场
1.绘制有限元模型（Define Model）
Ansoft Maxwell2D 有限元建模的⽅法主要有三种，⼀是直接在Maxwell2D 中绘制，选择Define Model-Draw Model 进⼊后在软件提供的绘图界⾯上绘制电机模型。
⼆是利⽤Ansoft RMXpert导⼊，点开Maxwell 11 3D的界⾯，选择Project-Insert RMxpert Design，然后逐项输⼊电机各项数据。
输⼊完各项数据后，点击RMxpert-Analyze all，求解电机模型。
求解完成后，点击RMxpert-Analysis Setup-Export-Maxwell 2D Project，⽣成⼀个Maxwell 2D模型。
在弹出的对话框中，Project Name中填写模型的名字，Location填写模型存放的路径。
三是⽤AutoCAD绘制后导⼊。将绘制后的AutoCAD图形存成*.dxf格式，在Ansoft Maxwell2D 绘图界⾯中点击File-Import，选中*.dxf⽂件
在出现的设置转换参数对话框中，将Number of segments for poligonalization of a circle 和Number of segments between control points of a spline 后的数量设置得⼤⼀点，点击ok，将AutoCAD图形转换为Maxwell 2D模型图形*.sm2。
界⾯后选择File-Open, 打开转换好的图形。
三种⽅法中，使⽤RMxpert导⼊是最简便的，但要求设计的电机在RMxpert 的库中有；利⽤AutoCAD导⼊绘图较为⽅便，但导⼊过程较⿇烦且易出错，因此对于RMxpert的库中没有的电机模型，推荐使⽤第⼀种⽅法，直接在Maxwell 的绘图界⾯中绘制。绘制好有限元模型后，为⽅便后续操作，在Define Model-Group Objects中将各槽中的导体按三相正负分为六组。
2.设置材料属性（Setup Materials）
把材料附给相应的物体即可，选中物体和对应的材料之后点击Assign
对于库中没有的材料，需要⼿动添加，下⾯介绍⼀下⼿动添加永磁材料和硅钢⽚材料的⽅法。对于添加永磁材料，先点击Material-add
在Material Properties下的框中填好新增材料的名字，然后点击options
对于永磁材料，⼀般需知道其的剩磁和矫顽⼒，固将options对话框中的Hc 和Br选上后点击OK退出。
在Conductivity中填该永磁材料的电导率，Mag.Coercivity中填永磁材料的
矫顽⼒，注意是负值，在Mag.Retentivity中填永磁材料的剩磁，都填写完毕后电机Enter，材料添加完毕。
对于磁化曲线⾮线性的硅钢⽚材料，需导⼊其磁化曲线，具体做法如下：进⼊添加材料界⾯，填好新材料名称后，勾选上B-H Nonlinear Material，
然后点击B H Curve，弹出输⼊磁化曲线界⾯，点击Import，将磁化曲线数据⽂件导⼊。
给物体附永磁材料属性时需要定义永磁材料的磁化⽅向，点击Assign后出现附磁化⽅向的对话框。Align with object’s orientation 是指磁化⽅向与该物体⽅向⼀致，该物体的⽅向如右图中的⿊箭头所⽰，旁边的数字是其在极坐标系下的⾓度，箭头的圆点是极坐标系的圆点，⽔平向右⽅向为极坐标0度所在⽅向。Align with a given direction 是指磁化⽅向⼿动输⼊⾓度，此⾓度为极坐标系下的绝对值，Align relative to object’s orientation 是指⼿动输⼊相对物体⽅向的⾓度，此⾓度为极坐标系下，相对物体⽅向的⾓度。根据永磁体实际磁化⽅向，灵活运⽤三种附磁化⽅向的⽅法给永磁材料添加磁化⽅向，设定好后点击View Angle 后在图上点击设定磁化⽅向的物体，出现的红箭头为设置好的磁化⽅向。图中⽰范为径向充磁，实际磁化⽅向与永磁体的⽅向是垂直的，故选择⼿动输⼊相对物体⽅向的⾓度90度，即设置好了⼀块永磁体径向的磁化⽅向。
3.设置边界条件和激励源（Setup Boundaries/Sources）3.1设置边界条件
对于绘制的⼀对极区域下的电机模型，需要添加的边界条件有两个，⼀是认为电机外壳不往外漏磁通，即把电机定⼦外圆的磁通密度法向分量设为0。操作⽅法如下：点击⼯具栏Edit-Select-Edge后选中电机定⼦外圆；
后点击Assign，设置完成。
对于仅绘制⼀对极区域的电机模型，还需要添加对称边界条件。操作⽅法如下：点击⼯具栏Edit-Select-Trace后，选择⼀条电机的对称边界，分段⼀次性描⼀遍。
点击⼯具栏Assign-Boundary-Master，后点击Assign。
然后再点击⼯具栏Edit-Select-Trace后，选择另⼀条电机的对称边界，再分段⼀次性描⼀遍。后点击⼯具栏Assign-Boundary-Slave，选择Slave=+Master后点击Assign，对称边界条件设置完成。
3.2设置激励源
发电机空载运⾏时，需将三相绕组中的电流设为0，操作⽅法如下：点击⼯具栏Edit-Select-Object-By Name后在对话框中输⼊A相绕组正向的名字，再操作⼀次后输⼊A相绕组负向的名字后，A相绕组被选中。
设为0
点击Winding，把A相绕组正向设为Positive，负向设为Negative，Total turns as seen from terminal后输⼊每相绕组总的匝数，注意是每项绕组总匝数⽽⾮每相绕组串联匝数，Number of Parallel Branches后输⼊并联⽀路数后点击ok，回到上⼀界⾯后点击Assign，这样就设置完了⼀相绕组，重复以上操作，设置好B和C相绕组后保存退出。
如果电机有阻尼绕组，点击⼯具栏Edit-Select-Object-By Name后在对话框中输⼊阻尼条的名字，选中所有阻尼条后点击⼯具栏Assign-End Connection，选中Passive end-connectedconductor，End resistance between adjacent conductors后输⼊相邻阻尼条间阻尼环的电阻，End inductance between adjacent conductors后输⼊相邻阻尼条间阻尼环的电感。全部设置好后保存退出。
4.设置求解参数（Setup Solution）
点击Setup Solution-options, Time Step后输⼊求解的步长，⼀般推荐⼀个周期⾄少计算100步；Stop Time后输⼊求解的时间，⼀般计算空载场算⼀个电周期即可；Model Depth后输⼊模型的轴向长度，永磁电机输⼊永磁体的轴向长度；Symmetry Multiplier后输⼊模型对称数，例如模型画了⼀对极的电机，电机极数是16，那么模型对称数就是8。
机的转速。
5． Solve-Nominal Problem 求解6. 后处理
6.1 主界⾯上选择Solutions-Transient Data 可以查看转矩、反电势，磁链、阻尼条电流、电压、转⼦位置、转速等波形。6.2 选择Post Process-Fields 可以查看磁场分布等。
在反电势波形上读出A 相反电势超前或滞后标准正弦波的相位⾓。以下图为例，找到A 相反电势波形上第⼀个从负到正的过零点，点击Show Coords 后选择该点，得到该点的横坐标，将其除以反电势周期的长度乘以360后即为滞后标准正弦波的相位⾓。图中过零点的横坐标是0.00235，反电势周期是0.02s ，那么此反电势波滞后标准正弦波的相位⾓就是度3.4236002.000235.0=?。
三、谐波分析
空载⽓隙磁密和反电势的谐波分析建⽴在空载磁场分析的基础上，⾸先要获得空载⽓隙磁密和反电势的数据⽂件。反电势的数据⽂件点击Post Process-Transient Data后找到反电势的波形保存成数据⽂件即可。空载⽓隙磁密数据⽂件的取得要⿇烦⼀些，下⾯逐步说明。1.点击Post Process-Fields，选择某个时间点的场域进⾏观察。2.在⽓隙中画⼀段弧，这段弧应跨偶数个极。画弧的⽅法为：点击Geometry-Create-Arc，然后通过输⼊圆⼼、起始点坐标和圆弧的圆⼼⾓完成这段圆弧。
3.弧画好后点击进⼊后处理器，现在即要画出穿过这段弧的磁通密度法向
分量沿圆弧的变化。点击Qty，选中磁通密度B，点击Geom，选中刚才画的那段弧，然后依次点击Normal-Undo-2D Plot-Ok, 即可得到⽓隙磁密的分布。
4．点击⼯具栏Plot-Save as-2D Plot-把⽓隙磁密的分布保存成数据⽂件。
得到反电势或⽓隙磁密的数据⽂件后，利⽤其他数学软件例如Matlab做付利叶变换即可得到各次谐波的含量。Ansoft本⾝也具有对数据进⾏付利叶变换的功能，下⾯以反电势的谐波分析为例简要介绍⼀下步骤。
1.点击Ansoft主功能条上的UTILITIES-PLOT DATA进⼊Ansoft数据处理界⾯，点击⼯具栏Plot-Open打开要处理的数据⽂件
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