电机仿真
电机、发电机和变压器的仿真
电机仿真
什么是电机?
我们使用电机将机械能转化为发电机形式的电能,以转换和分配电能,并将电能转化为电机形式的机械能。电机以多种方式为我们的现代生活提供支持,在我们迈向碳排放量更少、更加可持续发展的未来时,电机是电气化不可或缺的一部分。最大限度提高电机能效对于最小化资源消耗至关重要。
电机仿真有哪些优势?
电磁仿真通过以下方式支持性能和可持续发展目标:
- 帮助制造使用更少材料的高效电机、
- 提供更高的效率、
- 产生更少的噪声和振动。
工程师可以优化其电磁设计,以在所需的工作条件下实现最高效率,并在相互竞争的设计因素之间找到最佳权衡。
如何仿真电动发动机?
电动发动机是一种复杂的设备,根据定义,该设备需要多物理场仿真功能。电磁力在电机中转化为扭矩。相反,发电机通过机械旋转产生电磁功率。在现代电动汽车中,同样的电力牵引电机还充当发电机,通过再生制动回收能量。分析这两者之间的转换需要进行运动分析,以捕获机器随时间变化的行为。
扭矩曲线上的纹波会导致机器产生噪声和振动。电机内部的大电流也会导致严重发热。精确评估电动力与机械力的耦合需要全面的材料建模选项。除了实际建模导体中的传统电损耗外,建模选项还包括材料在使用过程中的磁化和去磁效应。在仿真过程中,我们能够考虑涡流、磁滞和过量/旋转损耗等铁损耗。这些损耗可用于机器的热分析。
电驱动的系统仿真
电机始终是更大型系统的一个部分,一边是电路和控制器,另一边是传动机构和变速箱。仿真模型可以作为功能模型单元连接到整个系统的表现形式(包括控制器),对机器在真实场景中的行为进行系统仿真。
通过仿真可计算出的电机 KPI 包括:
- 效率
- 电感
- 饱和曲线
- 短路分析
- 开路分析
- 浪涌电流/负载测试
- 通电瞬态
- 损耗 - 铜、涡流、磁滞
- 线圈上的动力
- 噪声和振动
电机仿真应用
- 效率图
- 通电瞬态
- 杂散场和屏蔽分析
- 噪声和振动
- 系统建模
效率图
能源效率对于降低运营成本、增加车辆续航里程和实现可持续发展目标至关重要。仿真可以优化电机,以提高效率。效率通常随转速和扭矩而变化;自动仿真可快速计算整个工作条件下的效率并绘制效率图,而无需花费时间和成本进行物理测试。

通电瞬态和浪涌电流
机器通电时,电流会涌入线圈。该电流产生的瞬态效应不同于机器的稳态操作。时域仿真会对机器在第一个关键时刻的行为进行建模,并帮助确保机器能够从静止状态达到最佳性能。

杂散场和屏蔽分析
大型电机或发电机内部的场强度可能非常大,这些场能够干扰敏感设备。屏蔽可防止场泄漏,但会增加成本和重量。通过仿真可以针对最需要的位置进行屏蔽优化,以同时满足电磁兼容性 (EMC) 要求和重量要求。

噪声和振动
对于许多应用来说,尤其是家用电器和电动汽车的电机,噪声和振动是两个最重要的目标 KPI。噪声可能由磁效应(如齿槽扭矩)、机械效应(如轴承)或风阻(通过机器的气流)引起。多物理场仿真可以对这些不同的来源进行建模,并帮助最大限度地减少或减轻噪声和振动。

系统建模
电机通常由电子系统控制。该系统可提供与电机所需负载和运行速度相匹配的功率。了解性能需要考虑控制器。系统仿真可以将电机模型集成到整个系统的表现形式中,以对实际负载条件下的扭矩和效率进行建模。

开启您的旅程
探索重塑电机仿真世界的技术进步、创新方法和不断变化的行业需求。利用 SIMULIA 保持领先。立即了解。
关于电机仿真的常见问题答疑
电机将电能转化为机械运动。这种运动在线性电机中是平移的,在旋转电机中是旋转的。电机的基本工作原理是基于载流导线暴露在磁场中所受到的力。这种力(也称为洛伦兹力)产生的运动的方向由电流流动方向和磁通量密度方向(可使用右手定则计算)决定。
电机主要有两大类。顾名思义,直流电机由直流电驱动,交流电机由交流电驱动。在传统的有刷直流电机中,功率被输送到转子,这就需要电刷来建立触点,还需要换向器来切换电流方向。无刷直流电机(BLDC 电机)使用电子设备来切换定子绕组中的直流电,而转子则装有永磁体,从而减少了维护工作。
交流电机主要分为两大类。异步电机又称为感应电机,依赖于转子转速和定子磁场转速之差(滑差);而同步电机的转子转速与定子中的旋转磁场转速相同。永磁同步电机 (PMSM) 是一种在电动汽车中大受欢迎的交流电机。
除了从内燃机逐步转向电力牵引电机外,每辆现代汽车中都有很多电机的应用场景,从雨刷、鼓风机、风扇和各种泵等基本设备到电动座椅调节、车窗和开门器等便捷功能,不一而足。我们的家中也有许多由电机驱动的家用电器。此外,电机在工业自动化和机器人技术领域也不可或缺。