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Maxwell2021R1新功能解读(下)——电机分析功能增强等(主讲人:谭洪涛)
西莫电机论坛 | 2021-04-23 15:24:50    阅读:2693   发布文章

电机分析功能增强

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ECE的降阶模型实际上就是说把电机的二维和三维的有限元模型,抽集成一些电路的模型,然后用于这个系统仿真里面去,或者说电路仿真里面去,这时电路仿真因为他用的是降阶的模型,他不是有限元那个模型,他的访问速度会比较快。之前大家看到的更多的是永磁同步电机,他跟感应电机不一样,永磁同步电机可以用静态场的方式来抽取它的降阶模型,只要计算它在不同的电流组合和不同的转子位置的一些磁链和转距,形成一个很大的一个数据表格,那这个表格我们可称为一个降阶模型,那么他在后台就只需要去查表就可以了。感应电机跟永磁电机不一样,因为感应电机的转子是一个鼠笼条,他没法用静态场的方式去得到它的等效电路模型,对于感应电机一般来说是用这个L型等效电路或者T型等效电路来做他的一个模型。在这个软件里面是把它用了一个右上角的一个等效电路,把它分成了一个d轴,一个Q轴,大家能看到这里面有很多很多的原件,电阻电感这些代表这个电机参数的元件。那这个参数怎么来呢?在这个版本里面是通过涡流场来计算的,外电路里面专门有个ECM,就是在这里面要定义电机的一个电流。有了这个电流以后软件他默认的对这个电流和转差率进行一个参数扫描,转差率默认是扫13个点,那它相当于计算了很多个方案,把这很多个方案计算结果去参数辨识,或者说叫拟合,然后把这个等效电路里面的一些元件的参数给他算出来,这样能够形成一个等效电路。然后把这个等效电路一封装,留几个端口就是我们感应电机的ECE的一个模型。基于这个ECE的模型可以快速的去加上他的一些控制电路或者一些负载算这个电机的性能,也可以基于这个ECE的模型去算他那个map图。

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接下来是关于电机设计工具包ACT的一个功能增强,它有些功能增强了,也有可能是上一个版本的一个功能。首先这个新版本支持多相电机,特别是永磁同步电机里面的六相,只要定一下他的相位,比如说是两个三相间隔30度,这样就可以支持这个六相电机的计算。然后还可以支持这个两到八相的开关磁阻电机,还有这个同步磁阻,还有电励磁同步电机。然后如果是多匝线的话,要考虑他的交流损耗的话,这里面也支持利兹线的模型,当你选择这个利兹线的模型时,软件在处理这个绕组损耗时它会自动的去用的strandedlossAC这个损耗来计算。就是交流电机这一块有更多的一些输入方法,可以输入一个文件进去,然后也可以用一些公式来算,这个他有好几个选项。

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这个就是对于同步磁阻电机的一个支持,同步磁阻电机的计算和永磁同步比较类似,扫描的变量也是三个,电流有效值、电流角还有这个转速,转速也可以不做扫描,现在同步磁阻电机和永磁同步电机计算的速度也比较快,如果说你不扫转速可能就是十分钟多一点点就能够完成。

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接下来是这个开关磁阻电机,开关磁阻电机也有用于这个新能源汽车电机的,但是比较少,我印象中好像只有日本的一家企业有用过,以前也有人在研究,不知道有没有商用,这个大家看一下就行。

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接下来是这个电励磁同步电机,他扫描的变量是定子电流、电流角、励磁电流,大家可能会发现一个比较有趣的一个现象,实际上他也应该扫描这个转速的,但是如果说你在扫描转速的话,四个变量的计算时间会比较长,所以说在程序内部就直接针对这种电机就把转速扫描给取消掉了。

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这个就是我们求解速度的提升,求解速度的提升主要是体现在把转速不扫描了。大家看一下他这里面有个指定转速扫描点的一个方框,如果你不激活的话,默认就是不对转速进行扫描,转速就是以这个你设置的最高转速的一半计算转速,其他转速的反电势损耗通过这个转速给他折算一下。通过这种方式能够大大的减少计算时间,我刚才也测过,比如说定子电流少个十个点左右,然后位置角少个七八个点左右,那就十分钟左右,这个map图就应该能出来了。

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接下来这个是说,可以把定子铁耗和转子铁耗给他分开,这样有助于看整个运行区间的定转子损耗分别是多少。有助于后面可能要做一些温度的处理。大家看到这两个图也比较有意思。下面这个是转子的铁损,因为转子的频率基本上就是说等于零,或者说频率比较低,所以说转子的铁损主要是受这个电流的大小影响,那么它上下就是说很明显,转矩大电流大所以它损耗就高。上面那一张图是定子的铁损,定子铁损不仅跟这个电流有关系,还跟他的频率有关系,所以越靠后,越靠上他的铁损会比较高一点。

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接下来是一个NVH的功能,这个是从maxwellmechanical谐响应分析的一个流程,这个流程我们去年做过很多的工作,也有相应的一些教程,这个现在也已经很成熟了,软件它的功能也足够用,速度也非常快。那这个版本它的功能主要是什么呢?大家看一下这个瀑布图,它的纵坐标是转速,横坐标是频率,那横坐标的这个频率是跟maxwell里面分析的时间的点数是有关系的,这个我们在那边控制就行,纵坐标它是根据maxwell的转速扫描的点数有关系的。那横坐标这个点数可以在maxwell里面有一个提高频率分辨率的选项,就是你把你现有这个电磁力的波形复制几个,然后就能够把这个加密。那纵坐标转速不太好加密,那现在他是多了一个选项,就是说如果说你在maxwell里面只算五个点,那么可以通过插值插入几个转速点,然后这样可以按把瀑布图更加精密一些,能够算得更细一些。但是我们昨天测了一下,在这个新的版本里面,建议大家不要设置那个提高频率分辨率,好像新版本的R1这个地方稍微有点问题,你可以用老版本或者稍微等一下,或者干脆就自己以前算一个周期的,认为的也算两个周期算三个周期,可以把这个横坐标给他变的更细一点,点数变的更多一点。

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接下来是RMxprt这个界面的一个改进,RMxprt最近一个版本老是改来改去,他现在就把这个电机的分类了,分成了感应电机同步电机电子换相电机,然后在三大类里面再分一些小类,这里面就是以前的一些通用电机里面的种类全放到一个。因为以前的话都是需要定子是个什么东西转子是个什么东西,组合成一个新的电机,比如说你定子是一个AC交流绕,转子只是一个IPM的转子,一组合就是ipm电机,那有很多人根本就不知道到底哪些能组合哪些不能组。现在就把所有可能组合出电机的都放在这里面了,以后你就直接在里面选这种新的电机就行,实际上这些都是通用旋转电机里面的一些电机。

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接下来是新加了一个UDPUDP是一个很好的几何建模方式,去年在大本营上也发布了一些公开教程,或者说公开了一些例子,大家有些转子上面有需要参数化的模型,可以用udp的模型来建,建好之后她的模型速度更新非常快,改一下参数就可以很好的进行优化。那这个版本软件增加了一个发卡绕组的udp,点开这个发卡绕组udp,输入一些参数,它就能够给你生成这种发卡绕组的几何模型,整数槽就直接全部连起来,如果是分数槽的话可能还有一些引出线一些端部焊接的一些器件,同时这个东西也可以跟motorcad做接口,在motorcad的里面定一些发卡绕组参数,然后motorcad直接可以生成一个Maxwell模型,出来的也就是这种发卡绕组。

3 HPC功能增强

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第一个是静磁场,他支持DDM分析。这里面有两个专业的词汇,一个是MPI,他是一种技术,可以不用管它。DDM的是什么我也忘了,就是说以前的话静磁场只允许在一台电脑上求解,DDM的这种技术可以把一个大的计算模型分配到不同的电脑上面,每台电脑都多核去求解。所以说这种技术比较适合于这种比较大的模型。后面的这个,大家看一下它是一个对比。大家看一下这个蓝色的第一个叫open mp就是我们现有的在一台电脑上去求解,用的HPC,基本上到了四核八核时,特别是八核时就饱和了,你再增加转速他不会降低,有可能还会增加一点点。那如果用了DDM的话,他还可以持续降低,但是在四核时你用DDM可能还比我们现有的open mp一台电脑还要时间长一点,因为他会涉及到不同电脑之间的数据通讯,但是这个核数再多一点的时候,他可能优势就体现出来了,当然这个也是要你的模型足够大。

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第二个是说关于二维的瞬态求解器支持这个openmp,我们刚刚说open mp就是在一台电脑上多核求解,那以前可能客户也说过,在二维时就不要设置什么多核求解了,没啥用处啊,那我们现在就说,当你模型很大的时候,二维的时候你也可以把那个HPC给他激活设置多几个核去求解,他的速度也会快一些。小模型就不要用了,小模型如果说把它设置成多核时,有可能时间还会更多一点,特别是像我们这种二维的电机求解时。

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接下来是gpu的一个支持,现在gpu在新的版本里面几乎是对所有的求解器都已经开始支持了,比如说有一个八核的HPC的话,当你把gpu支持打开时,它可以是那八核的cpu加上一个gpu来求解,当你的电脑有比较好的gpu时,你可以把这个选项来激活,跟前面一样,模型小的时候没啥意义,只有在模型很大的时候,他的速度才会有比较大的提升。

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这个是使用gpu的一个数据对比,大家可以看一下,就是说当你的网格有116.8万个网格的时候,你用了gpu你的时间反而要比你不用gpu的时间还要长,当你将近150万个网格时,用gpu就会速度快一点,当你到了三千万个网格时,你的速度可能提升四倍,所以说大的模型大家可以考虑用一下gpu来求解。

电子桌面与建模器

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首先第一个是关于HPC里面他有这个cloud以后,我们在和阿里云、亚马逊云做一些合作,就是可能你不用购买这个软件的license,你可以直接购买这种相当于游戏的点卡一样,比如说买个两个小时的或者买个三个小时的,然后你就在那个阿里云上去用一下,类似充值卡一样。第二个就是slurm这个调度的一个程序,这个只是对应用的Linux里面的一个调度程序,支持这个。那将来是这个minerva,也是我们现在收购的一个软件,它用于项目流程管理,就是有点类似于PDM的项目管理,它有一些控制节点啊等等,包括仿真文件的一些管理。第三个可能是跟我们有点关系的,就是我们现在把optislang设置集成在opt里面,在那里面可以更方便的去设置optislang,当然你用的话还是要把这个optislang给他启动起来的。最后一个是这个很典型的,就是在软件的建模窗口的左下角,多了一个类似于这个坐标,就是旋转视图一个小工具能更方便的一些旋转。


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