1.仿真环境Ansoft

有限元仿真分析软件Ansoft是以电磁场技术为核心，提供面向机电系统、高频设计系统及信号完整性和电磁兼容（电器干扰）全套解决方案的电子设计自动化软件［29］。应用自适应网络剖分技术的机电系统解决方案（Maxwell Mesign Enviro-ment）包含设计、分析和仿真系列。Ansoft仿真的一般过程如下：

1）确定模型。

2）定义各部件材料。

3）定义激励与边界条件。

4）设置求解参数。

5）设置求解条件。

6）求解。

7）后处理。

2.仿真模型

通过创建了高速永磁中频同步发电机的二分之一模型，适当的修改电机具体结构、尺寸与材料属性。将磁路中的非线性材料都作了线性化处理；省去所有电导绝缘材料；变原电枢双层短距叠绕组为单层短距叠绕组；取消套环结构，将气隙长度相应扩大；取消瓦片形永磁体的削角处理。仿真结果表明，以上简化处理不影响计算，且满足工程精度需要。图4-31为高速永磁中频同步发电机的二维模型。

图4-31 高速永磁中频同步发电机二维模型

图4-32 高速永磁中频同步发电机二维模型网格化(www.daowen.com)

图4-33 电机内静磁场气隙磁通密度波形

3.电机静磁场仿真

静态场仿真可以得到一些电机静止时的一些参数。首先要做的一项工作就是模型给材料附属性及模型网格剖分。由于自适应初始剖分在计算精度上存在一定的问题，因此，有必要将气隙、永磁体上网格作细化处理。在计算精度满足小于0.1％时，模型共剖分了5753微元。图4-32示出高速永磁中频同步发电机二维模型的网格化，在气隙、齿部的剖分较密。图4-33为电机内静磁场气隙磁通密度波形。从图中可以看出，由齿槽效应而出现了一定的波动，但均约为0.9T左右；还可看出，由于极弧较小，气隙中存在较长一段的磁感应强度为零。这说明气隙空间的利用率不够好，电机比功率通过优化还可以继续增大。图4-34为电机内静态磁场磁力线分布，大体上反映了定转子中磁力线走向及磁密分布规律，但由于磁性材料赋值的原因，铁心中磁密值还欠准确。

4.电机瞬态性能仿真

这里对电机瞬态性能的仿真，主要针对空载时的情况。除了上文设定条件外，规定磁性材料一直表现为线性，铁心、转轴材料都为非导电体，电机转速为50000r/min。图4-35为空载时电机瞬态场磁力线分布。由于空载时没有电枢反应的影响，磁感应强度波形与静态场时相似。图4-36为空载时电机内瞬态磁链波形，波峰与波谷较平，说明磁路已出现了饱和。图4-37为电机空载感应电动势波形，存在一定量的谐波。

图4-34 电机内静态场磁力线分布

图4-35 空载时电机瞬态场磁力线分布

图4-36 电机内瞬态磁链波形

图4-37 电机空载感应电动势波形