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[Maxwell] Ansoft EM专题讨论(四)——单相异步电机设计

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发表于 2009-1-13 13:45 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-21 16:57 编辑

  今天我发2个单相异步电机的实例,上次的三相是纯V11仿真,因MaxwellV11.1内自带的RMD版的问题不能很好的做单相异步电机,此问题论坛上出有反映过,所以该算例采用了Ansoft RMxprt V5.0版本与Maxwell V11版进行了简易的联合2D仿真。有许多会员反映论坛上的Ansoft RMxprt V5.0中文版,不能2D建模,出现报错内容“you have must an M2DFS or M3DFS license ti create a maxwel project”,我也遇到了这个问题,可能也是D版的问题吧,我用的是论坛上的一个英文版的Ansoft RMxprt V5.0,它在2D建模时不会出现这个问题。上次我做的三相过程比较的细,因为单相的过程和三相的差不多,我就讲粗一点了,不明白的地方,看一下三相是怎么做的。第一个是RM手册上的例子,一个6极单相异步电机,电压115/60,输出功率270W

0.jpg

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 楼主| 发表于 2009-1-13 13:48 | 显示全部楼层

路算

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:31 编辑

片段.jpg 片段_2.jpg 片段_3.jpg
片段_4.jpg 片段_5.jpg 片段_6.jpg
片段_7.jpg 片段_8.jpg 片段_9.jpg
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 楼主| 发表于 2009-1-13 13:52 | 显示全部楼层
本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-21 17:02 编辑

冲片图
片段_10.jpg
绕组分布图
片段_11.jpg
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 楼主| 发表于 2009-1-13 13:53 | 显示全部楼层
本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:33 编辑

性能曲线

片段_12.jpg 片段_13.jpg 片段_14.jpg 片段_15.jpg 片段_16.jpg 片段_17.jpg
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 楼主| 发表于 2009-1-13 13:54 | 显示全部楼层
Single-Phase Induction Motor Design
    File: d:/ansoft/new.pjt/maxwell/default/dx.pjt/dx.res
     GENERAL DATA
Rated Output Power (kW): 0.27
Rated Voltage (V): 115
Number of Poles: 6
Frequency (Hz): 60
Rated Speed (rpm): 1013
Friction and Wind Loss (W): 5.4
Type of Load: Constant Power
Iron Core Length (mm):   44
Stacking Factor of Iron Core: 0.95
Type of Steel: D23-50
Operating Temperature (C): 75
Rotor Position: Inner
Operation mode: Capacitor-Run Mode
Run Capacitance (uF): 6.2674
  & Its Resistance (ohm): 4.23235
Speed-Adjustment mode: No Speed-Adjustment
     STATOR DATA
Number of Stator Slots: 24
Outer Diameter of Stator (mm):   139
Inner Diameter of Stator (mm):   83
Type of Stator Slot: 2
Dimension of Stator Slot
            hs0 (mm):   0.7      
            hs1 (mm):   0.6      
            hs2 (mm):   14        
            bs0 (mm):   2.4      
            bs1 (mm):   5.7      
            bs2 (mm):   9.6      
Top Tooth Width (mm):   5.50501
Bottom Tooth Width (mm):   5.27021
Main      Aux.   
Type of Coils: 32        32        
Coil Position: Top       Bot
Conductor Length Adjustment (mm):   1         1         
Number of Parallel Branches: 1         1         
Number of Wires per Conductor: 1         1         
Number of Conductors per Slot:
            slot # 1: 45        
            slot # 2: 40        227  
            slot # 3:           58   
Main-Phase Wire Diameter (mm):   0.9116   
Aux.-Phase Wire Diameter (mm):   0.3606   
Main-Phase Wire Wrap (mm):   0.05      
Aux.-Phase Wire Wrap (mm):   0.05      
Slot Insulation Thickness (mm):   0.25
     ROTOR DATA
Number of Rotor Slots: 36
Air Gap (mm):   0.43
Inner Diameter of Rotor (mm):   42
Type of Rotor Slot: 1
Dimension of Rotor Slot
            hr0 (mm):   0.45
            hr01 (mm):   0
            hr2 (mm):   8
            br0 (mm):   0.75
            br1 (mm):   3.2
            br2 (mm):   1.8
Cast Rotor: Yes
Number of Vents: 0
Vent Diameter (mm):   0
Vent Location (mm):   0
Skew Width: 0.75
End Length of Bar (mm):   0
Height of End Ring (mm):   8.7
Width of End Ring (mm):   4.5
Bar Resistivity (ohm.mm^2/m): 0.0434
End_Ring Resistivity (ohm.mm^2/m): 0.0434

     MATERIAL CONSUMPTION
Armature Copper Density (kg/m^3):   8900
Rotor Bar Material Density (kg/m^3):   2700
Rotor Ring Material Density (kg/m^3):   2700
Armature Core Steel Density (kg/m^3):   7820
Rotor Core Steel Density (kg/m^3):   7820
Main Winding Copper Weight (kg):   0.595791
Auxiliary Winding Copper Weight (kg):   0.299581
Rotor Bar Material Weight (kg):   0.109523
Rotor Ring Material Weight (kg):   0.0481785
Armature Core Steel Weight (kg):   2.03527
Rotor Core Steel Weight (kg):   0.977918
Total Net Weight (kg):   4.06627
Armature Core Steel Consumption (kg):   4.82253
Rotor Core Steel Consumption (kg):   1.7686
     RATED OPERATION
Main-Phase Resistance (ohm): 3.4101
Aux.-Phase Resistance (ohm): 70.0329
Main Leakage Reactance (ohm): 5.15787
Aux. Leakage Reactance (ohm): 72.1767
Rotor Resistance (ohm): 5.68244
Rotor Leakage Reactance (ohm): 3.54789
Magnetizing Reactance (ohm): 40.7837
Turn Ratio of Aux. to Main-Coil: 2.98172
Stator Line Current (A): 4.84223
Main-Phase Current (A): 4.34347
Aux.-Phase Current (A): 0.687926
Phase Shift between Main  
  and Aux. Currents (degrees): 47.7703
Capacitor Voltage (V): 291.154
Capacitor Loss (W): 2.00293
Copper Loss of Stator Winding (W): 97.4765
Copper Loss of Rotor Winding (W): 62.3593
Iron-Core Loss (W): 12.0489
Friction & Wind Loss (W): 5.90153
Total Loss (W): 179.789
Input Power (W): 449.809
Output Power (W): 270.019
Mechanical Shaft Torque (N.m): 2.47115
Efficiency (%): 60.0298
Power Factor: 0.807763
Rated Slip: 0.130469
Rated Shaft Speed (rpm): 1043.44
     NO-LOAD OPERATION
Main Leakage Reactance (ohm): 4.98663
Aux. Leakage Reactance (ohm): 69.9138
Rotor Leakage Reactance (ohm): 3.44746
Magnetizing Reactance (ohm): 38.0408
No-Load Stator Line Current (A): 2.6291
No-Load Main-Phase Current (A): 2.64789
No-Load Aux.-Phase Current (A): 0.953023
Phase Shift between No-Load Main  
  and Aux. Currents (degrees): 104.681
No-Load Iron-Core Loss (W): 14.9775
No-Load Input Power (W): 116.547
No-Load Power Factor: 0.385474
No-Load Slip: 0.00254822
No-Load Shaft Speed (rpm): 1196.94
     BREAK-DOWN OPERATION
Break-Down Slip: 0.26
Break-Down Torque (N.m): 2.9448
Break-Down Torque Ratio: 1.19167
     LOCKED-ROTOR OPERATION
Locked-Rotor Torque (N.m): 0.640648
Locked-Rotor Line Current (A): 9.48604
Locked-Rotor Torque Ratio: 0.25925
Locked-Rotor Current Ratio: 1.95902
Locked-Rotor Main-Phase Current (A): 9.63406
Locked-Rotor Aux.-Phase Current (A): 0.340864
Phase Shift between Locked-Rotor Main  
  and Aux. Currents (degrees): 117.778
     DETAILED DATA AT RATED OPERATION
Main Slot Leakage Reactance (ohm): 1.90574
Main End-Winding Leakage
  Reactance (ohm): 0.706034
Main Differential Leakage
  Reactance (ohm): 2.54609
Aux. Slot Leakage Reactance (ohm): 31.1539
Aux. End-Winding Leakage
  Reactance (ohm): 7.37645
Aux. Differential Leakage
  Reactance (ohm): 33.6464
Rotor Slot Leakage Reactance (ohm): 1.78319
Rotor End-Winding Leakage
  Reactance (ohm): 0.241007
Rotor Differential Leakage
  Reactance (ohm): 0.956904
Skewing Leakage Reactance (ohm): 0.566787
Main-Phase Winding Factor: 0.862168
Aux.-Phase Winding Factor: 0.766713
Stator-Teeth Flux Density (Tesla): 1.32286
Rotor-Teeth Flux Density (Tesla): 1.30606
Stator-Yoke Flux Density (Tesla): 0.972827
Rotor-Yoke Flux Density (Tesla): 0.981089
Air-Gap Flux Density (Tesla): 0.606799
Stator-Teeth Ampere Turns (A.T): 15.5013
Rotor-Teeth Ampere Turns (A.T): 8.97421
Stator-Yoke Ampere Turns (A.T): 8.54772
Rotor-Yoke Ampere Turns (A.T): 3.4594
Air-Gap Ampere Turns (A.T): 251.789
Correction Factor for Magnetic
  Circuit Length of Stator Yoke: 0.7
Correction Factor for Magnetic
  Circuit Length of Rotor Yoke: 0.7
Saturation Factor for Teeth: 1.09721
Saturation Factor for Teeth & Yoke: 1.14489
Induced-Voltage Factor: 0.780411
Mean Half-Turn Length of
  Main-Phase Winding (mm):   100.555
Mean Half-Turn Length of
  Aux.-Phase Winding (mm):   96.3734
Main Winding Current Density (A/mm^2): 6.65485
Aux. Winding Current Density (A/mm^2): 6.73598
Specific Electric Loading (A/mm): 26.0134
Mean Stator Thermal Load (A^2/mm^3): 173.847
Fill-Factor    Thermal-Load
    (%)         (A^2/mm^3)
            Slot # 1 66.129         239.442        
            Slot # 2 59.801         203.236        
            Slot # 3 15.540         49.475         

     TRANSIENT FEA INPUT DATA
For Main Winding:
  Number of Turns: 510
  Parallel Branches: 1
  Terminal Resistance (ohm): 3.4101
  End Leakage Inductance (H): 0.00187281
For Aux. Winding:
  Number of Turns: 1710
  Parallel Branches: 1
  Terminal Resistance (ohm): 70.0329
  End Leakage Inductance (H): 0.0195666
  Starting Capacitance (uF): 0
  Running Capacitance (uF): 6.2674
  Switch Speed (rpm): 0
For Rotor End Ring Between Two Bars of One Side:
  End Ring Resistance (ohm): 7.36217e-006
  End Ring Leakage Inductance (H): 1.9226e-009
  Skew Leakage Inductance (H): 4.51726e-009
2D Equivalent Value:
  Equivalent Air-Gap Length (mm): 44
  Equivalent Stator Stacking Factor: 0.95
  Equivalent Rotor Stacking Factor: 0.95
Estimated Rotor Moment of Inertia (kg m^2): 0.00153379

红色部分在2D中要用到。
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 楼主| 发表于 2009-1-13 13:55 | 显示全部楼层
本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:34 编辑

输出设置

片段_19.jpg 片段_18.jpg 片段_21.jpg 片段_20.jpg
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 楼主| 发表于 2009-1-13 13:57 | 显示全部楼层
本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:37 编辑

开始2D的分析

片段_22.jpg 片段_23.jpg 片段_24.jpg 片段_25.jpg 片段_26.jpg 片段_27.jpg 片段_28.jpg 片段_30_.jpg 片段_30.jpg
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 楼主| 发表于 2009-1-13 13:58 | 显示全部楼层
本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:51 编辑

分析结果:

片段_29.jpg 片段_31.jpg 片段_32.jpg 片段_33.jpg 片段_34.jpg 片段_35.jpg 片段_36.jpg 片段_37.jpg 片段_38.jpg 片段_39.jpg 片段_40.jpg 片段_41.jpg
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 楼主| 发表于 2009-1-13 14:00 | 显示全部楼层
本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:53 编辑

2个例子是:一个2极单相异步电机,电压230/50,输出功率1200Wn=2800
主绕组数据:φ1 36-35-34-33  副绕组数据:φ0.75 69-69  电容:30uF
定子参数:外径128 内径:65 槽形见图:
片段.jpg
转子参数:外径64.2 内径:20.5 槽形见图:
片段_2.jpg
片段-.jpg



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 楼主| 发表于 2009-1-13 14:03 | 显示全部楼层
本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:56 编辑

RM路算

片段_1.jpg 片段_2.jpg 片段_3.jpg 片段_4.jpg 片段_5.jpg 片段_6.jpg 片段_7.jpg 片段_8.jpg 片段_9.jpg 片段_10.jpg 片段_11.jpg 片段_12.jpg 片段_13.jpg
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 楼主| 发表于 2009-1-13 14:05 | 显示全部楼层
Single-Phase Induction Motor Design
    File: d:/ansoft/new.pjt/maxwell/default/80.pjt/80.res
     GENERAL DATA
Rated Output Power (kW): 1.2
Rated Voltage (V): 230
Number of Poles: 2
Frequency (Hz): 50
Rated Speed (rpm): 2800
Friction and Wind Loss (W): 20
Type of Load: Constant Power
Iron Core Length (mm):   85
Stacking Factor of Iron Core: 0.95
Type of Steel: D23-50
Operating Temperature (C): 75
Rotor Position: Inner
Operation mode: Capacitor-Run Mode
Run Capacitance (uF): 30
  & Its Resistance (ohm): 1.06103
Speed-Adjustment mode: No Speed-Adjustment
     STATOR DATA
Number of Stator Slots: 24
Outer Diameter of Stator (mm):   128
Inner Diameter of Stator (mm):   65
Type of Stator Slot: 2
Dimension of Stator Slot
            hs0 (mm):   0.7      
            hs1 (mm):   0.7      
            hs2 (mm):   8.8      
            bs0 (mm):   2.5      
            bs1 (mm):   4.6      
            bs2 (mm):   7         
Top Tooth Width (mm):   4.275
Bottom Tooth Width (mm):   4.17883
Main      Aux.   
Type of Coils: 31        31        
Coil Position: Top       Bot
Conductor Length Adjustment (mm):   1         1         
Number of Parallel Branches: 1         1         
Number of Wires per Conductor: 1         1         
Number of Conductors per Slot:
            slot # 1: 36        0   
            slot # 2: 35        0   
            slot # 3: 34        0   
            slot # 4: 33        0   
            slot # 5: 0         69   
            slot # 6: 0         69   
Main-Phase Wire Diameter (mm):   1         
Aux.-Phase Wire Diameter (mm):   0.75      
Main-Phase Wire Wrap (mm):   0.04      
Aux.-Phase Wire Wrap (mm):   0.04      
Slot Insulation Thickness (mm):   0.2
     ROTOR DATA
Number of Rotor Slots: 28
Air Gap (mm):   0.4
Inner Diameter of Rotor (mm):   20.5
Type of Rotor Slot: 1
Dimension of Rotor Slot
            hr0 (mm):   0.2
            hr01 (mm):   0.2
            hr2 (mm):   7
            br0 (mm):   0.01
            br1 (mm):   3.2
            br2 (mm):   1.62
Cast Rotor: Yes
Number of Vents: 0
Vent Diameter (mm):   0
Vent Location (mm):   0
Skew Width: 1.78
End Length of Bar (mm):   0
Height of End Ring (mm):   8
Width of End Ring (mm):   10
Bar Resistivity (ohm.mm^2/m): 0.0434
End_Ring Resistivity (ohm.mm^2/m): 0.0434

     MATERIAL CONSUMPTION
Armature Copper Density (kg/m^3):   8900
Rotor Bar Material Density (kg/m^3):   2700
Rotor Ring Material Density (kg/m^3):   2700
Armature Core Steel Density (kg/m^3):   7820
Rotor Core Steel Density (kg/m^3):   7820
Main Winding Copper Weight (kg):   0.77054
Auxiliary Winding Copper Weight (kg):   0.53781
Rotor Bar Material Weight (kg):   0.14087
Rotor Ring Material Weight (kg):   0.07573
Armature Core Steel Weight (kg):   4.90095
Rotor Core Steel Weight (kg):   1.44811
Total Net Weight (kg):   7.87401
Armature Core Steel Consumption (kg):   8.74118
Rotor Core Steel Consumption (kg):   2.09539
     RATED OPERATION
Main-Phase Resistance (ohm): 3.04569
Aux.-Phase Resistance (ohm): 6.71852
Main Leakage Reactance (ohm): 2.78084
Aux. Leakage Reactance (ohm): 12.0196
Rotor Resistance (ohm): 4.50975
Rotor Leakage Reactance (ohm): 4.07235
Magnetizing Reactance (ohm): 102.874
Turn Ratio of Aux. to Main-Coil: 1.14829
Stator Line Current (A): 6.46485
Main-Phase Current (A): 3.91137
Aux.-Phase Current (A): 3.51045
Phase Shift between Main  
  and Aux. Currents (degrees): 59.7083
Capacitor Voltage (V): 372.471
Capacitor Loss (W): 13.0754
Copper Loss of Stator Winding (W): 129.39
Copper Loss of Rotor Winding (W): 87.7699
Iron-Core Loss (W): 28.1067
Friction & Wind Loss (W): 20.2691
Total Loss (W): 278.611
Input Power (W): 1480.39
Output Power (W): 1201.78
Mechanical Shaft Torque (N.m): 4.08041
Efficiency (%): 81.1799
Power Factor: 0.995611
Rated Slip: 0.0625
Rated Shaft Speed (rpm): 2812.5
     NO-LOAD OPERATION
Main Leakage Reactance (ohm): 2.66747
Aux. Leakage Reactance (ohm): 10.8856
Rotor Leakage Reactance (ohm): 3.26211
Magnetizing Reactance (ohm): 89.6318
No-Load Stator Line Current (A): 1.36217
No-Load Main-Phase Current (A): 2.66139
No-Load Aux.-Phase Current (A): 4.01911
Phase Shift between No-Load Main  
  and Aux. Currents (degrees): 179.872
No-Load Iron-Core Loss (W): 32.0877
No-Load Input Power (W): 261.899
No-Load Power Factor: 0.835938
No-Load Slip: 0.00195313
No-Load Shaft Speed (rpm): 2994.14
     BREAK-DOWN OPERATION
Break-Down Slip: 0.24
Break-Down Torque (N.m): 7.23693
Break-Down Torque Ratio: 1.77358
     LOCKED-ROTOR OPERATION
Locked-Rotor Torque (N.m): 1.49643
Locked-Rotor Line Current (A): 22.0941
Locked-Rotor Torque Ratio: 0.366736
Locked-Rotor Current Ratio: 3.41757
Locked-Rotor Main-Phase Current (A): 23.4315
Locked-Rotor Aux.-Phase Current (A): 2.5617
Phase Shift between Locked-Rotor Main  
  and Aux. Currents (degrees): 124.608
     DETAILED DATA AT RATED OPERATION
Main Slot Leakage Reactance (ohm): 0.833455
Main End-Winding Leakage
  Reactance (ohm): 1.06661
Main Differential Leakage
  Reactance (ohm): 0.880776
Aux. Slot Leakage Reactance (ohm): 1.66516
Aux. End-Winding Leakage
  Reactance (ohm): 1.54488
Aux. Differential Leakage
  Reactance (ohm): 8.80959
Rotor Slot Leakage Reactance (ohm): 1.36093
Rotor End-Winding Leakage
  Reactance (ohm): 0.858488
Rotor Differential Leakage
  Reactance (ohm): 0.438575
Skewing Leakage Reactance (ohm): 1.41436
Main-Phase Winding Factor: 0.833992
Aux.-Phase Winding Factor: 0.957662
Stator-Teeth Flux Density (Tesla): 1.57197
Rotor-Teeth Flux Density (Tesla): 1.57501
Stator-Yoke Flux Density (Tesla): 1.40656
Rotor-Yoke Flux Density (Tesla): 1.37917
Air-Gap Flux Density (Tesla): 0.732188
Stator-Teeth Ampere Turns (A.T): 32.287
Rotor-Teeth Ampere Turns (A.T): 27.9977
Stator-Yoke Ampere Turns (A.T): 62.7836
Rotor-Yoke Ampere Turns (A.T): 7.14508
Air-Gap Ampere Turns (A.T): 293.639
Correction Factor for Magnetic
  Circuit Length of Stator Yoke: 0.564812
Correction Factor for Magnetic
  Circuit Length of Rotor Yoke: 0.296403
Saturation Factor for Teeth: 1.2053
Saturation Factor for Teeth & Yoke: 1.44345
Induced-Voltage Factor: 0.935735
Mean Half-Turn Length of
  Main-Phase Winding (mm):   199.699
Mean Half-Turn Length of
  Aux.-Phase Winding (mm):   247.792
Main Winding Current Density (A/mm^2): 4.98011
Aux. Winding Current Density (A/mm^2): 7.94604
Specific Electric Loading (A/mm): 20.0626
Mean Stator Thermal Load (A^2/mm^3): 128.059
Fill-Factor    Thermal-Load
    (%)         (A^2/mm^3)
            Slot # 1 64.463         82.417         
            Slot # 2 62.672         80.128         
            Slot # 3 60.882         77.839         
            Slot # 4 59.091         75.549         
            Slot # 5 71.292         226.210        
            Slot # 6 71.292         226.210        

     TRANSIENT FEA INPUT DATA
For Main Winding:
  Number of Turns: 276
  Parallel Branches: 1
  Terminal Resistance (ohm): 3.04569
  End Leakage Inductance (H): 0.00339514
For Aux. Winding:
  Number of Turns: 276
  Parallel Branches: 1
  Terminal Resistance (ohm): 6.71852
  End Leakage Inductance (H): 0.00491751
  Starting Capacitance (uF): 0
  Running Capacitance (uF): 30
  Switch Speed (rpm): 0
For Rotor End Ring Between Two Bars of One Side:
  End Ring Resistance (ohm): 3.05521e-006
  End Ring Leakage Inductance (H): 4.41381e-009
  Skew Leakage Inductance (H): 7.29731e-009
2D Equivalent Value:
  Equivalent Air-Gap Length (mm): 85
  Equivalent Stator Stacking Factor: 0.95
  Equivalent Rotor Stacking Factor: 0.95
Estimated Rotor Moment of Inertia (kg m^2): 0.00110574
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 楼主| 发表于 2009-1-13 14:05 | 显示全部楼层
本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:59 编辑

2D结果
片段_14.jpg 片段_15.jpg 片段_16.jpg 片段_17.jpg 片段_18.jpg 片段_19.jpg
片段_20.jpg 片段_21.jpg 片段_22.jpg 片段_23.jpg 片段_24.jpg 片段_25.jpg
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 楼主| 发表于 2009-1-13 14:07 | 显示全部楼层
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[LV.1]初来乍到

发表于 2009-1-13 16:38 | 显示全部楼层
好帖子,支持美女版主
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发表于 2009-1-14 09:23 | 显示全部楼层
好东西,再穷我也下下来,
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发表于 2009-1-14 09:29 | 显示全部楼层
有了你,我估计再有两个月,只要是经常上论坛的都会用Ansoft了,真是全民之福啊
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[LV.2]偶尔看看I

发表于 2009-1-14 13:03 | 显示全部楼层
真是牛*轰轰
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发表于 2009-1-14 18:28 | 显示全部楼层
大牛人  太厉害了  不知搂住有没有兴趣把爪极电机给整理下 渴求中
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 楼主| 发表于 2009-1-14 19:11 | 显示全部楼层
爪极电机我不会啊,不好意思
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发表于 2009-1-17 13:41 | 显示全部楼层
楼主真高人,谢谢:kiss::kiss:aa14
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