opera 电机解决方案

T-solution Group – Electromagnetic Business Unite

OPERA 电机解决方案

Three-phase permanent magnet synchronous motor model

Mesh of a Switch reluctance motor

Three-phase induction motor

Hybrid Vehicle Motor Using in the Prius of TOYOTA

____ 技术支持联系方式：[email protected]@simol.cn


电机行业 opera 涉及到的范围

Electromagnetic Design


电机应用是一个多物理场环境的应用：

• 有定子，转子，绕组，机壳组成，各个部件的材料属性各异，导致设计出的电机性能差异• 需要解决的问题 : 输出转矩，电流 /

反电势（感应电势） , 输出功率 / 损耗 / 效率 , 温升及其控制 , 振动与噪声 , 控制器与驱动器设计，电磁干扰与电磁兼容性• 关键字 : 叠片材料， B/H 曲线，永

磁材料，磁感应强度 , 磁通线 , 反电势， IGBT/MOSFETS ， NVH 等等。



针对您的产品，我们能计算

–磁通量–齿槽转矩–磁场饱和–反电势–力分布–铁损–磁滞损耗–磁滞效应–动态退磁–谐波分析–应力分析–热学分析–运动控制

Snovember 8th 2010Electromagnetic Design4

Cogging Torque in a 6-pole BLDC motor

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Angle (deg)

To

rqu

e (

Nm

/m)

NodalMaxwell

IntegralMaxwell

EnergyMethod

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0.0000 0.0050 0.0100 0.0150 0.0200 0.0250 0.0300

time (seconds)

back e

mf

(vo

lts)

Cogging torqueFlux plot

Back emf Harmonic – iron loss


OPERA 在电机设计中的特点

– 前、后处理方便，可以直接导入各种 CAD 软件模型、自动网格剖分、便捷的电机设计环境

– 能够进行准确的磁场强度计算， MRI 应用中求解器精度达到百万分之一，工程验证

– 能够进行多物理场分析，分析焦耳热效应及涡流场的堆叠效应

– 可以与 Matlab 进行场路耦合分析和系统级耦合分析、短路电流及电压分析

– 非线性材料的各向异性和迟滞，精确的损耗计算，根据磁滞分析转矩效应



强大的前处理和后处理功能


气隙磁场辐射场结果

电机旋转运动状态下的网格划分

可以直接导入各种 CAD 软件模型


多物理场的耦合分析结果


磁通计算

谐振分析

产生的热量

温度分析


特点 1


•丰富的多物理场后处理！

•不仅可以计算通常的电机内电磁相关问题，还可以计算谐振、温度！

•在一个软件内无缝耦合。


Opera 机电行业解决方案——磁化退磁分析

十二月 , 2010Electromagnetic Design9


Opera 机电行业解决方案——计算永磁体退磁特性效果

September 15, 2009Electromagnetic Design10

9° 时电枢电流与磁场等位线 27° 时电枢电流与磁场等位线

受电枢反应改变的永磁体磁场电机气隙旋转前后磁场强度比较下降 8%


特点 2


•可以计算磁钢动态增去磁！

•发挥磁钢最大利用率，预防不可逆退磁现象！


Opera 机电行业解决方案——铁心损耗计算的准确性



Opera 机电行业解决方案——铁心损耗计算的准确性： 40 毫秒时磁滞损耗



Opera 机电行业解决方案——铁心损耗计算的准确性： 60 毫秒时磁滞损耗



特点 3


•基于 opera 特有的复指数磁导率计算法，更符合电机学原理，可以计算瞬态磁滞损耗，结果经过工程验证可以逼近实验至 10% 误差以内！


Opera 机电行业解决方案——铁心损耗计算的准确性：空载矩计算


典型无磁滞效应的空载转矩

计算磁滞效应的两种硅钢片和一种永磁材料的空载转矩


特点 4


•计算转矩计入磁滞效应，真实反映实际工况，从而精确仿真转矩！



电机加速转矩脉动分析


Opera 机电行业解决方案——与 Matlab 进行场路耦合分析


R load

-2.00E+02

0.00E+00

2.00E+02

4.00E+02

6.00E+02

8.00E+02

1.00E+03

1.20E+03

0.00E+00 5.00E-02 1.00E-01 1.50E-01 2.00E-01 2.50E-01

time (s)

resi

stan

ce (

oh

m)

R load

启动时，发电机处于开环状态，加速时嵌入了一个电阻负载

电磁转矩结果

转速变化


Opera 机电行业解决方案 ——与 Matlab 进行场路耦合分析



短路电流及电压分析


- 三相电压和短路电流的前，中，后三相短路分析- 观察由于永磁体退磁故障后削弱的开路电压


特点 5


•结合 simulink 实现电机电路控制策略！•断路，短路，缺相等电机故障

分析！


Opera 机电行业解决方案——可编程完全开放的前处理后处理接口• 开放失的接口功能，用户可以建立自主产权的专用工具，与 Optimizer 优化器结合加速

设计优化过程。



特点 6


•开放的接口使您可以拥有您自己的快速建模和分析模块！


汽车行业中感应淬火




Temperature T BMOD

#Elementheat #sigma(T)


几张 PPT 感受OPERA 计算电机的高效率！







便捷的电机设计环境——表贴式电机定子设计

定子叠片参数设置

定子绕组设计：分布式绕组，集中式绕组，集中整距线圈，双层绕组设计，单相集中整距绕组


三相感应电机设计环境

•自动生成网格–用户也可以在2D中设置网格剖分




•自动生成电路定义





仿真结果自动产生各种电机属性的标准示意图

Torque v speed 鼠笼阻尼损耗 v speed


三相感应电机设计

•设计结果可以在Opera2D 的后处理中展示



电机设计环境

•开放式的设计环境–允许所有的用户按照自

己需求修改生成新的功能对话框



您关心的 2D斜槽分析！






斜槽设置


能够设置斜槽电机。


斜槽后效果比较



Cogging Torque Result


No Skew

Skew


您一定关心，除了先进的算法，是什么从根本上保证了OPERA

如此高的精度？






根据麦克斯韦方程组，电磁计算一切来源于对 B 、 H 和 E、 D 的计算，其余关心的参数都为该 4 大参数后处理结果。

然而，根据有限元原理，网格质量根本上保证了 4 个参数的计算精度。


opera 支持所有网格种类–六面体 Hexahedra:–四面体 Tetrahedra–棱锥体 Prism–角锥体 Pyramid


网格根据有限元计算原理，遵循七大法则！

1.三角形单元不重叠。

2.边界或内部边界上的三角形，只有一边压在边界上。

3.当交线为曲线，用折线段近似代替。

4.任意三角形顶点必须同时是其相邻三角形的顶点。

5.交界上边界条件不同，交界点为三角形顶点。

6.三角形三边长度悬殊不大，尽量为锐角三角形。

7. 场梯度变化较大地方剖分会更细密。


不止内核先进，更支持手动控制网格，大到面，小到点的范围内的网格控制。

20*20*20正方体模型网格控制演示

原始网格基于点的网格控制


20*20*20正方体网格控制演示

原始网格基于线的网格控制


20*20*20正方体网格控制演示

原始网格基于面的网格控制


OPERA 完善的网格功能保证您在计算过程中不会出错！保证您极高的计算精确度！






英国 Cobham集团

拥有 70 多年历史的专注于航空航天军工领域的国际大型集团，其下属部门及子公司分布全球。

- 成立于 1934 年，世界军工 100 强- 应用领域：太空、航空、陆地、海事- 有四个部门：航电检测、防御系统、导弹系统、航空服务- 全球员工超过 12 ， 000 人，年收入达 $3 billion ，客户 100

多国家-公司分布：英国本部、美国、澳大利亚、印度、南非

Vector Fields — Cobham Technical Service


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