内容发布更新时间 : 2024/9/23 14:33:58星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

1.1 无接触式正余弦旋转变压器的电磁场仿真

1.1.1 仿真软件介绍

Ansoft是一款应用非常普遍的电磁场仿真有限元软件。它的理论原理基于麦克斯韦尔微分方程，运算中采用有限元离散形式的计算方法，将工程中的空间连续电磁场计算转变为离散的矩阵求解。其求解器包括静磁场求解器、静电场求解器、瞬态场求解器和交变电磁求解器等。Ansoft能够根据用户需要来选择建立2D或3D的对象模型，同时拥有强大的参数化设计与仿真功能，能够对模型中的大多数参数进行参数化建模，使用起来方便快捷错误！未找到引用源。。

在工程实际的运算中，需要在计算过程中设置边界条件。Ansoft中可以选择的边界条件有自然边界条件、狄里克莱边界条件、对称边界条件、主从边界条件、阻抗边界条件等。边界条件的选择对计算结果影响非常大，仿真时需要根据实际情况选择合适当前模型的边界条件。

电磁场仿真的一般步骤为：选择模型的类别(2D/3D)、选择求解器和坐标系、在模型中添加材料并设定材料的属性、设定边界条件、添加激励、规定求解方法、求解和后期处理等。其流程图如3-3所示。

开始选择2D/3D、求解器类型、坐标系建立物理模型添加材料、设置材料属性设定边界条件、添加激励Y求解参数设定结构参数、力矩、电感矩阵等参数N设定求解规范、细化网格求解查看结果、后处理结束

图 3-3 电磁场仿真流程图

Ansoft是基于有限元方法的仿真软件，程序计算的精度与网格划分所得单元的数量与形状相关。一般来说，单元数量越多时，计算结果就越精确。但是，这同时也会使得计算量增加、处理缓慢、计算机内存不足。因此在不影响计算精度的条件下，应该对模型进行适当的简化，以减少计算单元的数量，提高运算速度。本文研究的旋变是结构中心对称的回转体，因此，可以考虑在Ansoft的坐标系中建立起2D仿真模型，从而大大的减少计算机的计算时间，提高计算效率错误！未

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建模之前，首先需要确定模型的参数。参数通过理论计算可以得到一个近似值，如旋变定、转子铁心的长度、内、外径，定、转子变压器骨架的长度、直径，旋变及变压器激磁、输出绕组的匝数和线径等等错误！未找到引用源。。具体的参数表如表3-2。

表 3-2 无接触式旋变关键结构参数表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 模块 参数名称 定子铁心长度 定子铁心外径 定子铁心内径 定子绕组线径 定子绕组每相有效匝数 参数值 6.6mm 38mm 26.02mm 0.08mm 1213 7.7mm 25.86mm 14mm 0.1mm 567 0.08mm 26.5mm 4mm 0.1mm 600 15mm 4mm 0.15mm 350 旋变部分 转子铁心长度 转子铁心外径 转子铁心内径 转子绕组线径 转子绕组每相有效匝数 定、转子气隙 定子变压器骨架内径 定子变压器绕组长度 定子变压器绕组线径 定子变压器绕组匝数 转子变压器骨架内径 转子变压器绕组长度 转子变压器绕组线径 转子变压器绕组匝数 变压器部分

由于采用Ansoft软件对旋变进行性能仿真，考虑到旋变的结构为四面对称

的圆周结构，在综合考虑仿真精度与仿真效率的情况下，2D模型仿真大大简化了模型的复杂度，显著减少了计算机计算时间，在保证计算效果的正确性基础上提高了运算效率错误！未找到引用源。。采用2D模型对传感器性能进行仿真。与按照表中的结构参数，建立起旋变的2D仿真模型错误！未找到引用源。。仿真过程分为两部分进行，其一为旋变部分，图3-4是根据旋变的实物模型建立起的电磁场仿真2D模型，其中组成部分为旋变的定、转子铁心；第二部分为变压器部分，分别由定、转子变压器骨架、定子变压器外壳等组成，图3-5为变压器的磁场仿真2D模型。

图 3-4旋变部分电磁场2D仿真模型 图 3-5变压器部分电磁场2D仿真模型

1.1.2 无接触式旋变电磁性能仿真

1.1.2.1 变压器部分

1.1.2.1.1 添加激励与网格剖分

本文Ansoft静磁场分析中使用外电路激励的方式。根据表3-2可知，变压器激磁绕组的直流电阻值为120Ω，激磁频率为2000Hz，激磁电压有效值为6V。变压器定子绕组外电路设计如图3-6所示。

图 3-6 变压器激磁绕组参数设置图

根据表3-2可知，变压器转子绕组的直流电阻为19.56Ω，线圈匝数为350匝。变压器转子绕组负载为正余弦旋变部分的激磁绕组，由前述设计参数可知与正余弦旋变激磁绕组直流电阻为90.2Ω，旋变转子总电抗为666.86Ω。因此设置变压器输出绕组参数如图3-7所示。