# 电机仿真

电机、发电机和变压器的仿真

## (SIMULIA Electrical Machine Simulation - Rich Text) 电机仿真

### 什么是电机？

我们使用电机将机械能转化为发电机形式的电能，以转换和分配电能，并将电能转化为电机形式的机械能。电机**以多种方式为我们的现代生活提供支持**，在我们迈向碳排放量更少、**更加可持续发展的未来**时，电机是电气化不可或缺的一部分。最大限度提高电机能效对于最小化资源消耗至关重要。

### 电机仿真有哪些优势？

电磁仿真通过以下方式支持**性能和可持续发展目标**：

- 帮助制造使用更少材料的高效电机、
- 提供更高的效率、
- 产生更少的噪声和振动。

工程师可以优化其电磁设计，以在所需的工作条件下实现最高效率，并在相互竞争的设计因素之间找到最佳权衡。

### 如何仿真电动发动机？

电动发动机是一种复杂的设备，根据定义，该设备需要多物理场仿真功能。电磁力在电机中转化为扭矩。相反，发电机通过机械旋转产生电磁功率。在现代电动汽车中，同样的电力牵引电机还充当发电机，通过再生制动回收能量。分析这两者之间的转换需要进行**运动分析**，以捕获**机器随时间变化的行为**。

扭矩曲线上的纹波会导致机器产生噪声和振动。电机内部的大电流也会导致严重发热。精确评估电动力与机械力的耦合需要全面的材料建模选项。除了实际建模导体中的传统电损耗外，建模选项还包括材料在使用过程中的磁化和去磁效应。在仿真过程中，我们能够考虑涡流、磁滞和过量/旋转损耗等铁损耗。这些损耗可用于机器的热分析。

### 电驱动的系统仿真

电机始终是更大型系统的一个部分，一边是电路和控制器，另一边是传动机构和变速箱。仿真模型可以作为功能模型单元连接到整个系统的表现形式（包括控制器），对机器在真实场景中的行为进行系统仿真。

通过仿真可计算出的电机 KPI 包括：

- 效率
- 电感
- 饱和曲线
- 短路分析
- 开路分析
- 浪涌电流/负载测试
- 通电瞬态
- 损耗 - 铜、涡流、磁滞
- 线圈上的动力
- 噪声和振动

## (SIMULIA Electrical Machine Simulation Tab Container 1) 电机仿真应用

## (SIMULIA Electrical Machine Simulation Panel Highlight) 效率图

## (SIMULIA Electrical Machine Simulation) 效率图

能源效率对于降低运营成本、增加车辆续航里程和实现可持续发展目标至关重要。仿真可以**优化电机，以提高效率**。效率通常随转速和扭矩而变化；自动仿真可快速计算整个工作条件下的效率并绘制效率图，而无需花费时间和成本进行物理测试。

[电机效率图 ](/zh-hans/media/13624)

## (SIMULIA Electrical Machine Simulation Panel Highlight) 通电瞬态

## (SIMULIA Electrical Machine Simulation) 通电瞬态和浪涌电流

机器通电时，电流会涌入线圈。该电流产生的瞬态效应不同于机器的稳态操作。时域仿真会对机器在第一个关键时刻的行为进行建模，并帮助确保机器能够从静止状态达到最佳性能。

[通电瞬态](/zh-hans/media/13625)

## (SIMULIA Electrical Machine Simulation Panel Highlight) 杂散场和屏蔽分析

## (SIMULIA Electrical Machine Simulation) 杂散场和屏蔽分析

大型电机或发电机内部的场强度可能非常大，这些场能够干扰敏感设备。屏蔽可防止场泄漏，但会增加成本和重量。通过仿真可以针对最需要的位置进行屏蔽优化，以同时满足[电磁兼容性 (EMC)](/zh-hans/products/simulia/electromagnetic-simulation/compatibility "电磁兼容性仿真")[ ](https://www.3ds.com/products/simulia/electromagnetic-simulation/electromagnetic-compatibility-simulation)要求和重量要求。

[发动机电力电子设备的 EMC](/zh-hans/media/13626)

## (SIMULIA Electrical Machine Simulation Panel Highlight) 噪声和振动

## (SIMULIA Electrical Machine Simulation) 噪声和振动

对于许多应用来说，尤其是家用电器和电动汽车的电机，噪声和振动是两个最重要的目标 KPI。噪声可能由磁效应（如齿槽扭矩）、机械效应（如轴承）或风阻（通过机器的气流）引起。多物理场仿真可以对这些不同的来源进行建模，并**帮助最大限度地减少或减轻噪声和振动**。

[电机噪声和振动](/zh-hans/media/13627)

## (SIMULIA Electrical Machine Simulation Panel 5) 系统建模

## (SIMULIA Electrical Machine Simulation Panel Highlight 5) 系统建模

电机通常由电子系统控制。该系统可提供与电机所需负载和运行速度相匹配的功率。了解性能需要考虑控制器。系统仿真可以将电机模型集成到整个系统的表现形式中，以对实际负载条件下的扭矩和效率进行建模。

[电驱动控制系统](/zh-hans/media/13623)

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## 关于电机仿真的常见问题答疑

## 电机是如何工作的？

电机将电能转化为机械运动。这种运动在线性电机中是平移的，在旋转电机中是旋转的。电机的基本工作原理是基于载流导线暴露在磁场中所受到的力。这种力（也称为洛伦兹力）产生的运动的方向由电流流动方向和磁通量密度方向（可使用右手定则计算）决定。

## 电机有哪些类型？

电机主要有两大类。顾名思义，**直流电机由直流电驱动**，**交流电机由交流电驱动**。在传统的有刷直流电机中，功率被输送到转子，这就需要电刷来建立触点，还需要换向器来切换电流方向。无刷**直流电机**（**BLDC 电机**）使用电子设备来切换定子绕组中的直流电，而转子则装有永磁体，从而减少了维护工作。

**交流电机**主要分为两大类。异步电机**又称为感应电机**，依赖于转子转速和定子磁场转速之差（滑差）；而同步电机的转子转速与定子中的旋转磁场转速相同。永磁同步电机 (PMSM) 是一种在电动汽车中大受欢迎的交流电机。

## 电机有哪些用途？

除了从内燃机逐步转向电力牵引电机外，每辆现代汽车中都有很多电机的应用场景，从雨刷、鼓风机、风扇和各种泵等基本设备到电动座椅调节、车窗和开门器等便捷功能，不一而足。我们的家中也有许多由电机驱动的家用电器。此外，电机在工业自动化和机器人技术领域也不可或缺。

## (SIMULIA Electrical Machine Simulation Panel of Content) 了解更多

[低频电磁仿真](/zh-hans/products/simulia/electromagnetic-simulation/low-frequency)

[电磁兼容性仿真](/zh-hans/products/simulia/electromagnetic-simulation/compatibility)

[信号和电源完整性仿真](/zh-hans/products/simulia/electromagnetic-simulation/signal-power-integrity)

[天线设计和仿真](/zh-hans/products/simulia/electromagnetic-simulation/antenna-design)

[微波/射频滤波器和组件仿真](/zh-hans/products/simulia/electromagnetic-simulation/rf-filters-components)

[生物电磁学仿真](/zh-hans/products/simulia/electromagnetic-simulation/bioelectromagnetics)

[粒子动力学仿真](/zh-hans/products/simulia/electromagnetic-simulation/particle-dynamics)

[光学器件仿真](/zh-hans/products/simulia/electromagnetic-simulation/optical-device)

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