Getting Started with Maxwell 2D for Switched Reluctance Motors (SRM) @ 路昌工業股份有限公司

Getting Started with Maxwell 2D

for Switched Reluctance Motors (SRM)

Step 1：使用AUTO CAD繪製馬達圖面，包括馬達定子、轉子、激磁線圈及一包含轉動區域範圍的圓(Band)，將圓心繪製於座標原點(0,0)上，轉子與定子需有一齒重合，繪製完成後存為DXF檔案。

圖1：AUTO CAD馬達圖面

Step 2：點選Maxwell Control Panel的圖示，開啟Maxwell的控制板，並點選TRANSLATORS進行圖面轉檔工作。

圖2：Maxwell Control Panel圖示

圖3：Maxwell控制板

ANSOFT：軟體資訊。

PROJECTS：檔案管理。

TRANSLATORS：圖面格式轉換。

PRINT：列印。

UTILITIES：ANSOFT內建軟體，常用工具。

EXIT：離開。

圖4：Translators視窗畫面

Source file(s)：要轉換的檔案。

Destination directory：轉換完成後的儲存位置。

Options：設定要轉換後的檔案格式，分別為-dxf2obs及-dxf2sm2，會將檔案轉為obs與sm2的格式讓Maxwell使用。

Step 3：點選Maxwell控制板中的PROJECTS，進入檔案管理視窗中，使用Add建立新資料夾及New建立新檔案。

圖5：專案管理視窗

Projects：檔案管理，可進行New (新增)、Rename (改名)、Compress (壓縮)、Delete (刪除)、Copy (複製)、Move (移動)、Reclassify (重新分類)及Search (搜尋)的檔案處理工作。

Project Directories：檔案所存放的資料夾管理，可進行Add (新增)、Edit (編輯)、Delete (刪除)及Change Dir (改變路徑)的資料夾處理工作。

圖6：Add建立新資料夾視窗畫面

Alias：資料夾名稱。

Path：資料夾存放的位置。

圖7：New建立新檔案

Name：檔案名稱。

Type：選擇設計程式。

Step 4：檔案建立完成後，會進入Maxwell 2D的視窗畫面，進行參數設定工作。

圖8：Maxwell 2D視窗畫面

Solver：選擇分析模組，有Electrostatic (靜態電場)、Magnetostatic (靜態磁場)、Eddy Current (渦電流)、DC Conduction (直流傳導)、Static Thermal (靜態溫度)、AC Conduction (交流傳導)、Eddy Axial (軸向渦流)及Transient 暫態模式。

Drawing：繪圖座標，有XY Plane (平面座標)及RZ Plane (圓座標)兩種。

Define Model：建立模型。

Setup Materials：材料設定。

Setup Boundaries/Sources：設定環境邊界及激磁源。

Setup Executive Parameters：設定演算參數。

Setup Solution：設定分析參數。

Solve：執行分析。

Post Process：分析資料處理。

Step 5：點選Define Model，於下拉視窗中點選Draw Model，進入2D Modeler視窗畫面，使用Import指令，將已經過TRANSLATORS轉換完成的AUTO CAD檔案加入至2D Modeler圖面中；再使用2D Modeler中的繪圖工具，修正檔案轉換所產生的圖面誤差及解析度問題，並定義圖面中各部份元件的名稱及顏色，完成後再存檔離開。

圖9：Define Model下拉式視窗畫面

圖10：2D Modeler的繪圖軟體視窗畫面

圖11：Import指令，繪入圖形

圖12：Import視窗畫面

圖13：Number of Segments指令，改變線條解析度

圖14：解析度設定視窗畫面

Number of Segments：設定線段節點數量。

Angular increment：設定角度增量。

圖15：屬性設定視窗畫面

Name：設定名稱。

Color：設定顏色。

圖16：Grid指令，改變圖面網格配置

圖17：網格配置設定視窗畫面

圖18：Drawing Size指令，改變圖面尺寸大小

圖19：圖面尺寸設定視窗畫面

圖20：繪製完成後的填滿圖形 (按Ctrl + F)

Step 6：點選Define Model，於下拉視窗中點選Group Objects，於Group Objects視窗畫面中，將具有相同材料屬性及激磁源的元件設為同一群組。

圖21：Group Objects視窗畫面

Step7：點選Setup Materials，進入Material Setup的材料設定視窗畫面，於Object欄位處選擇圖面中的各元件，再於Material欄位處選擇該元件的材料，點選Assign加入，若無該元件的所需材料，可於Material的下拉視窗中點選Add自行新增，並於Material Properties輸入材料名稱及各項參數，最後點選Enter，即可於Material欄位增加一新材料；在此範例中新增一矽鋼片材料50H400，其材料特性為非線性曲線，需點選B-H Nonlinear Material，並輸入材料的B-H Curve，此處可使用Import指令將已建立完成的B-H Curve直接填入。

圖22：Material Setup視窗畫面

圖23：Material中Add指令視窗畫面

圖24：Material Properties視窗畫面

圖25：B-H Curve Entry視窗畫面

Step8：點選Setup Boundaries/Sources，進入2D Boundaries/Sources Manager的視窗畫面，先使用Select指令選取圖框，用Boundary指令加入其邊界條件，再選取激磁線圈，使用Source指令輸入激磁參數，並設定Winding線圈參數，最後尚需使用External Circuit指令中的Launch Schematic Embedded來繪製驅動電路。

圖26：2D Boundaries/Sources Manager視窗畫面

圖27：Select指令中的各種選擇方式

圖28：Boundary指令

圖29：激磁線圈參數設定視窗畫面

圖30：Winding Setup for Boundary視窗畫面

圖31：External Circuit指令

圖32：Edit External Circuit視窗畫面

Step9：在Schematic Capture視窗畫面中進行驅動電路的設計繪製；在繪製時包括以下元件，每一相激磁線圈會具有一有效工作電感、一端部無效電感及相電阻所共同組成，而最常見的SRM驅動方式為在每一相加裝上下兩臂的功率開關及飛輪二極體，使用外部控制電源設定開關開啟的順序及時間，使得主電源能依照設計順序送入各相激磁線圈之中，使SRM持續運轉，則完成驅動電路的設計。

圖33：Schematic Capture視窗畫面

圖34：Add指令視窗

圖35：SRM驅動電路圖

圖36：功率開關外部控制電源

圖37：電感屬性視窗畫面 (端部無效電感值可在RMxprt中查詢)

圖38：電阻屬性視窗畫面 (相電阻值可在RMxprt中查詢)

圖39：二極體屬性視窗畫面 (設為飛輪二極體)

圖40：功率開關屬性視窗畫面 (與外部控制電源連接)

圖41：功率開關內部屬性設定視窗畫面 (Value處設定導通電壓)

圖42：主電源屬性視窗畫面

圖43：外部控制電源屬性視窗畫面 (在Value處設定送電參數)

圖44：激磁源定義視窗畫面

Position Dependent：電源輸入為位置依存，單位為度。

Speed Dependent：電源輸入為速度依存，單位為秒。

Step10：點選Setup Solution，於下拉視窗中點選Options，於Solve Setup視窗畫面中設定分析的時間參數，並點選Manual Mesh，於2D Meshmaker視窗畫面內繪製分析網格Mesh。

圖45：Setup Solution下拉視窗畫面

圖46：Solve Setup視窗畫面

Time Setup：設定分析時間的解析度。

Stop Time：設定分析停止時間。

Model Depth：模型積厚。

圖47：2D Meshmaker視窗畫面

圖48：Make指令 (網格自動產生)

圖49：Refine指令 (修改網格點數)

圖50：Object Refinement視窗畫面 (修改各元件網格點數)

Step11：點選Setup Solution，於下拉視窗中點選Motion Setup，進入Motion Setup視窗畫面，於Object欄位處點選可移動區域Band，再按Set Band指令，將此區設成可移動區域；之後再點選Mechanical Setup，於Mechanical Setup視窗畫面內設定轉子的轉動慣量及負載。