Работа с сектором электрической машины в магнитостатике

Нижеприведенные инструкции актуальны для ANSYS Release R17.x / Electronics Desktop 2016.х и могут быть не актуальными для ранних версий. Последующие обновления также могут повлиять на работоспособность тех или иных рекомендаций.

В нестационарном анализе с использованием периодических граничных условий, движущаяся частью модели (вращательное\поступательное) автоматически проецируется на симметричную часть, когда она выходит за рамки моделируемой области. В таком случае, при проецировании доменов, поле умножается на 1 или -1 для случая периодичных или анти-периодичных граничных условий соответственно (Рис. 1).

Рисунок 1: Типичная 2D модель с вращающимся доменом и периодическими ГУ.

Однако при выполнении магнитостатического анализа, хоть и ГУ Master-Slave обеспечивает равенство полей на граничных ребрах (или плоскостях в 3D), не происходит проецирования части геометрической модели, выходящей за рамки моделируемого домена, обратно в домен (Рис.2). Это происходит потому что нет функционала указания направления движения в магнитостатическом решателе.

С описанием проблемы можно ознакомиться по ссылке на форум:

http://cae-club.ru/forum/periodicheskie-gu-sshivka-statora-i-rotora-v-magnitostaticheskom

Рисунок 2. Пояснение к вопросу.

Для того, чтобы использовать параметрический расчет с изменением угла поворота “подвижной части” в магнитостатическом решателе необходимо обеспечить присутствие периодического сегмента в расчётном домене в независимости от значения параметра.

В этой статье можно ознакомиться с методом создания корректной модели для вышеописанного случая работы с параметром. Описание дано для случая 2D, но также может успешно использоваться и для трехмерных моделей.

Создание и настройка полной модели:

1. Необходимо начать с создания полной модели.

В зависимости от опыта пользователя и типа рассматриваемой машины можно предложить два варианта:

• Достроить подвижную часть до 360 градусов.
• Использовать ANSYS RMxprt для создания модели без использования периодичных ГУ.

Для того, чтобы ANSYS RMxprt создал полную геометрическую модель взамен периодической, используйте параметр экспорта “Fractions 1” в настройках проекта, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3: “Fractions” = 1 в настройках ANSYS RMxprt позволит автоматически создать полную модель ANSYS Maxwell.

На этом этапе модель должна быть полностью подготовлена для анализа в магнитостатическом решателе: заданы источники возбуждения, сеточные операции, граничные условия (VP или Baloon), настройки решения.

2. Добавление параметра угла поворота.

Допустим, что в нашем примере необходимо поворачивать элементы ротора в зависимости от значения соответствующего параметра (Рис. 4). Угол операции вращения будет задан параметрический и присвоено значение 0 градусов.

Рисунок 4: Вращение элементов ротора задано параметрически.

3. Маскировка геометрии для создания сектора машины.

После выполнения предыдущих шагов ротор должен поворачиваться при изменении значения параметра “mov_angle”. Далее необходимо создать маскирующий объект, который должен удалить все ненужные геометрические тела\части тел и оставить только необходимый для моделирования сектор.

В этом конкретном примере вспомогательный объект был создан путём создания поверхности ограниченной двумя линиями и дугой (Covered polylines). Две линии необходимо создать в соответствие с величиной необходимого сектора (Рис. 5).

Рисунок 5: Вспомогательный объект для удаления ненужной геометрии.

4. Создание сектора машины.

На этом этапе используйте булеву операцию “subtract”, вспомогательный объект должен быть инструментом выполнения. В результате должен получится желаемый сектор машины.

Рисунок 6: Сектор машины, созданный булевой операцией.

Изменение параметра поворота ротора “mov_angle” будет перестраивать геометрическую модель сектора ротора в моделируемом домене. На этом этапе нужно добавить граничные условия периодичности на граничные ребра для обеспечения взаимосвязи полей.

В дереве построения модели все скрытые объекты будут помечены как “Unclassified”, их граничные условия и назначения будут оставаться в дереве проекта (Рис. 7).

Таким образом, в зависимости от значения параметра поворота, те или иные объекты из скрытых будут становиться активными с присвоенными возбуждением, сеточными операциями, граничными условиями.

Рисунок 7: Дерево проекта Project Manager и Object list после скрытия объектов

5. Далее создается параметрическое задание на изменение значения параметра угла поворота. К этому пункту все должно быть подготовлено для запуска решения (Рис. 8).

Рисунок 8: Настройка анализа параметрического поворота ротора в Optimetrics