Ansys電磁場分析經(jīng)典教程ppt課件

目錄,第一章電磁場仿真簡介.第二章二維靜態(tài)分析第1節(jié).第2節(jié).第3節(jié).第4節(jié).第5節(jié).第三章二維諧波和瞬態(tài)分析第1節(jié).第2節(jié).第四章三維電磁場分析第1節(jié).第2節(jié).第3節(jié).第4節(jié).第5節(jié).第五章耦合場分析概況.,1-42.1-12.2-12.3-12.4-12.5-13.1-13.2-14.1-14.2-14.3-14.4-14.5-15-1,1-1,第一章,教程綜述,1-2,ANSYS/EMAG能用于模擬工業(yè)電磁裝置電磁裝置當(dāng)然是3維，但可簡化為2維模型。模擬可考慮為：穩(wěn)態(tài)交流（諧波）時變瞬態(tài)階躍電壓PWM(脈寬調(diào)制）（PulseWidthModulation)任意,1-3,利用軸對稱銜鐵和平面定子設(shè)計致動器的一個實例銜鐵旋轉(zhuǎn)銜鐵氣隙可變化完整模型由2個獨立部件組成銜鐵模塊定子模塊,執(zhí)行:solen3d.avi看動畫,1-4,模擬過程概述,利用如下方式觀察裝置2D與3D平面與軸對稱利用軸對稱平面簡化模型定義物理區(qū)域空氣，鐵，永磁體等等絞線圈，塊導(dǎo)體短路，開路為每個物理區(qū)定義材料導(dǎo)磁率（常數(shù)或非線性）電阻率矯頑磁力，剩余磁感應(yīng),銜鐵,線圈,錠子,實體模型,1-5,建實體模型給模型賦予屬性以模擬物理區(qū)賦予邊界條件線圈激勵外部邊界開放邊界實體模型劃分網(wǎng)格加補充約束條件（如果有必要）周期性邊界條件連接不同網(wǎng)格,有限元網(wǎng)格,1-6,進行模擬觀察結(jié)果某指定時刻整個時間歷程后處理磁力線力力矩損耗MMF（磁動勢）電感特定需要,1-7,模擬由3個區(qū)域組成銜鐵區(qū):導(dǎo)磁材料導(dǎo)磁率為常數(shù)（即線性材料）線圈區(qū):線圈可視為均勻材料.空氣區(qū):自由空間(r=1).,銜鐵,線圈,1-8,性質(zhì)柱體:r=1000線圈:r=1匝數(shù):2000(整個線圈)空氣:r=1,激勵線圈勵磁為直流電流:2安培,單位(mm),銜鐵,Coil,長度=35,Y,X,模型軸對稱,材料號2,材料號3,1-9,建模設(shè)置電磁學(xué)預(yù)選項（過濾器）對各物理區(qū)定義單元類型定義材料性質(zhì)對每個物理區(qū)定義實體模型鐵芯線圈空氣給各物理區(qū)賦材料屬性加邊界條件,1-10,設(shè)置預(yù)選過濾掉其它應(yīng)用的菜單Mainmenupreferences,選擇OK,1-11,定義所有物理區(qū)的單元類型為PLANE53PreprocessorElementtypeAdd/Edit/Delete選擇Add選擇磁矢量和8節(jié)點53號單元選擇OK,1-12,模擬模型的軸對稱形狀選擇Options（選項）Elementbehavior（單元行為）選擇Axisymmetric（軸對稱）選擇OK,1-13,定義材料PreprocessorMaterialPropsIsotropic,定義空氣為1號材料(MURX=1),選擇Apply(自動循環(huán)地定義下一個材料號）,選擇OK,1-14,定義銜鐵為2號材料,選擇OK,選擇Apply(自動循環(huán)地選擇下一個材料號）,1-15,定義線圈為3號材料(自由空間導(dǎo)磁率，MURX=1),選擇OK,選擇OK(退出材料數(shù)據(jù)輸入菜單）,1-16,建立銜鐵面PreprocessorCreateRectangleByDimensions,選擇Apply(重復(fù)顯示和輸入)建立線圈面,選擇Apply,利用TAB鍵移動輸入窗口,1-17,建立空氣面,選擇OK,到了這步，建立了全部平面，但它們還沒有連接起來.,銜鐵,線圈,1-18,用Overlap迫使全部平面連接在一起PreprocessorOperateOverlapAreas按PickAll,現(xiàn)在這些平面被連接了，因此當(dāng)生成單元時，各區(qū)域?qū)⒐蚕韰^(qū)域邊界上節(jié)點,這種操作后，原先平面被刪除，而新的平面被重新編號,1-19,這些平面要求與物理區(qū)和材料聯(lián)系起來Preprocessor-Attributes-DefinePickedAreas用鼠標(biāo)點取銜鐵平面選擇OK(在選取框內(nèi)）材料號窗口輸入2,選擇OK,對于沒有明確定義屬性的面，其屬性缺省為1,1-20,這些平面要求與物理區(qū)和材料聯(lián)系起來Preprocessor-Attributes-DefinePickedAreas選取線圈平面（在選擇對話框里）點取OK材料號窗口輸入3,點OK,1-21,加通量平行邊界條件Preprocessorloadsapply-magnetic-boundary-flux-parl選OnLines并選取相應(yīng)的線選OK,“所選取的線”,“所選取的線”,注：未劃分單元前，加上這種邊界條件,1-22,生成有限元網(wǎng)格利用智能尺寸選項來控制網(wǎng)格大小Preprocessor-Meshing-SizeCntrls-smartsize-basic,選擇OK,1-23,Preproc-Meshing-Mesh-Areas-Free在選取框內(nèi)選擇ALL選擇OK打開繪制單元的材料屬性UtilityPlotCtrlsNumbering,選擇OK,1-24,力邊界條件標(biāo)志需要單元部件，即一組具有“名稱”的單元把銜鐵定義為一個單元組件選擇銜鐵平面Utilityselectentities,用此選項在圖形窗口中選擇平面,再次選擇用APPLY,一旦銜鐵已選好，選擇OK(在選取框內(nèi)）,1-25,選擇與已選平面相對應(yīng)的單元,選擇OK圖示銜鐵單元Utilityplotelements,銜鐵單元,用“面”,1-26,使單元與銜鐵組件聯(lián)系起來UtilitySelectComp/AssemblyCreateComponent,選擇OK,1-27,加力邊界條件標(biāo)志PreprocessorLoadsApply-Magnetic-FlagCompForce,選擇OK,施加兩個標(biāo)志，用兩個不同的方法來計算力Maxwells應(yīng)力張量虛功,即使只有一種選項，也要鼠標(biāo)選取,1-28,以毫米單位生成的模型，最好把模型尺寸變換為國際單位制（變換系數(shù)=.0001)使整個模型激活UtilitySelectEverything縮放平面-不用拷貝Preprocoperatescaleareas,選擇OK,1-29,給線圈平面施加電流密度選擇線圈平面UtilitySelectEntity,選擇OK(實體選擇框)選擇線圈平面選擇OK(選取框內(nèi)),1-30,激勵線圈要求電流密度，故要得到線圈截面積.PreprocessorOperateCalcGeometricItemsOfAreas選擇OK要用線圈面積來計算電流密度，將線圈面積賦予參數(shù)CAREAUtilityParameterGetScalarData,選擇OK,1-31,下面窗口輸入面積的參數(shù)名，用于后面電流密度輸入,去掉面號（如果有的話）,這相應(yīng)于幾何面積總和,選擇OK,1-32,把電流密度加到平面上PreprocessorLoadsApplyExcitationOnAreas(因為只激活了線圈平面，可在選取框內(nèi)選擇PickAll）,選擇OK,1-33,進行計算Solu-solve-electromagnetOpt&Solve,選擇OK,這些適用于用BH數(shù)據(jù)來進行的分析，本題將忽略,1-34,生成磁力線圈Postprocplotresults2Dfluxlines選擇OK,使用缺省設(shè)置，選擇OK,（在通常情況下，可這樣做）,單元邊緣圍繞的一個紅色輸廓表示該區(qū)域為同類材料號,1-35,計算力PostprocElec&MagCalcComp.Force,選擇OK,銜鐵上力是在總體坐標(biāo)系下表示的，此力的方向為使氣隙縮小,必須用鼠標(biāo)選取,1-36,顯示總磁通密度值(BSUM)PostprocPlotResultsNodalSolution,選擇OK,1-37,第二章第2節(jié),二維靜磁學(xué),1-38,EMAG模擬的概念,模型邊界條件有:磁通量垂直磁通量平行周期性對稱*偶對稱奇對稱根據(jù)單元方程式施加邊界條件矢量(2D或3D)標(biāo)量(3D)基于單元邊(3D)*在第2章來討論,簡單勵磁的平面模型,A,A,B,B,線圈(象征性的),鐵芯,空氣,1-39,在2D靜磁場、交流和瞬態(tài)分析中采用磁矢量勢方法(MVP)此公式稱為MVP，磁通量密度(B)等于矢量勢(A)的旋度B=Curl(A)對于二維情況，A只有Z方向分量，在ANSYS中表示為“AZ”自由度模型有二種邊界條件描述-Dirichlet條件（AZ約束）:磁通量平行于模型邊界Neumann條件（自然邊界條件）:磁通量垂直于模型邊界,1-40,沿A-A通量平行邊界條件需滿足：模型中A-A的左邊和右邊是相同的幾何形狀相同材料屬性相同左邊和右邊勵磁相位差180度（即方向相反）對稱平面邊界條件沿A-A必須加約束,B,B,（1/2）對稱模型,PoleFace,A,A,1-41,半對稱模型與全模型比較：磁通量密度是相同的線圈上Lorentz力是相同的貯能為1/2極面上力為1/2加載電流密度與全模型相同,線圈(象征性的),簡單導(dǎo)磁體的半對稱模型,1-42,沿B-B磁通量垂直邊條件需滿足B-B線上下兩邊如下參數(shù)是相同的幾何形狀材料性質(zhì)B-B線上下兩邊勵磁相同對稱面(B-B)邊界條件2D磁矢量勢(MVP)方式，無須處理加載電流與全模型相同,Quartersymmetrymodelofthesimplemagnetizer,B,B,1-43,1/4模型與全模型比較磁通密度分布相同貯能為1/4所示線圈上的Lorentz力1/2作用在極面上力為1/2,勵磁體1/4對稱模型,B,B,1-44,單元plane13andplane53用于模擬2D磁場Plane13:4節(jié)點四邊形耦合場自由度：溫度，結(jié)構(gòu)，磁電源為Z方向B為線性變化適用于：,Plane13,變壓器匯流排傳感器線性或任意永磁系統(tǒng),螺線管磁體（致動器）直線或旋轉(zhuǎn)電機負載機械機械力矩,1-45,plane53:8節(jié)點，四邊形耦合場自由度:磁與電路單元耦合電流為Z方向B可為二次非線性變化通常情況下的推薦使用單元適用于精度要求較高的分析場量分析大型機械力矩,中節(jié)點,1-46,定義Plane13的單元類型和單元選項Preprocelementtypeadd/edit/delete選擇ADD選擇Plane13,用單元類型號給平面賦屬性,選擇OK,1-47,一旦定義單元類型，要選擇單元選項單元選項控制:2D直流模擬為AZ自由度2D模擬型式軸對稱平面點取單元選項,1-48,幾何體型式,用于直流模擬,選擇OK,用于定義平面屬性的參考號,因為plane13用于耦合場模擬，故該單元可以具有應(yīng)力/應(yīng)變結(jié)構(gòu)選項,1-49,平面與軸對稱比較端部效應(yīng)平面:不包括軸對稱:自動包括正向電流方向相反,線圈兩種情況都是施加正向電流,鐵板,磁流密度矢量顯示,鐵環(huán),軸對稱:+Z電流方向進平面,平面:+Z電流方向出平面,1-50,磁力線描述平面:AZ等值線軸對稱:rAZ等值線,電樞,線圈,定子,平面或軸對稱?,平面或軸對稱?,1-51,力、能量、電感的描述平面:單位長度軸對稱:整個圓周上的值力:軸對稱:無有效徑向力（相互平衡）單位弧度力不為零（曲度線圈）,1-52,定義Plane53的單元類型和選項Preproc.elementtypeadd/edit/delete選擇Add選擇8節(jié)點Plane53,增加單元類型號以給平面賦屬性,選擇OK,1-53,定義單元類型后選擇單元選項單元選項控制:絞線圈電壓加載選項*連接電路單元與有限元區(qū)*模擬運動體的自由度,*包括交流分析,plane53單元模擬運動導(dǎo)體示圖,選擇OK,1-54,考慮速度效應(yīng)時，要求增加輸入信息在實常數(shù)中定義。選擇單元選項后，定義實常數(shù)是很方便的Preprocrealconstants.,選擇,1-55,平面屬性要求實常數(shù)設(shè)置號,速度單位:米/秒角速度單位:弧度/秒,選擇OK,平面屬性要求賦予單元類型號數(shù),1-56,第二章第3節(jié),2-D靜磁學(xué),1-57,求解模型的單位制:SI,分析中使用的單位制為國際單位制:SI,力(牛頓）能量(焦耳）功率（瓦）長度（米）時間（秒）質(zhì)量（公斤）,磁通密度B（特斯拉）磁場強度H（安培/米）電流（安培）電阻率（歐姆-米）電壓V（伏）電感L（亨）磁導(dǎo)率r(亨/米）電容（法拉）,1-58,基本關(guān)系式:B=H,其中=r0可為單一值（線性）各相同性或正交各向異性Preprocmaterialpropsisotropic,平面屬性要求賦予材料質(zhì)性號,r相對磁導(dǎo)率,1-59,可為非線性，以模擬飽和狀態(tài)BH曲線數(shù)據(jù)能從ANSYS55材料庫中獲得缺省的BH材料庫在ansys55目錄下的matlib子目錄中:Preproc.materialpropsmateriallibrarylibrarypath,通過指定路徑可在其它位置得到材料數(shù)據(jù),1-60,BH數(shù)據(jù)可用如下方式輸入Preprocmaterialpropsmateriallibraryimportlibrary,選擇材料,選擇材料屬性,選擇OK,1-61,BH數(shù)據(jù)生成圖形和列表顯示,表示在列表顯示中的數(shù)據(jù)點號,材料號,1-62,數(shù)據(jù)也可列成表格.這種表格也能人工制成Utilitylistpropertiesdatatables,選擇OK,1-63,BH曲線輸入指南,數(shù)據(jù)點(0,0)不要輸入定義曲線彎曲處的數(shù)據(jù)點要密（見M54的數(shù)據(jù)點）BH曲線要避免生成S形通常M鋼定義BH數(shù)據(jù)到8,000A/m數(shù)據(jù)需要外推這些曲線的值通常需要附加大量的數(shù)據(jù)以使得值由大逐漸變到最終斜率最終斜率為空氣值(0),1-64,BH數(shù)據(jù)輸入,應(yīng)用實例:400系列不銹鋼輸入如下數(shù)據(jù),H(A/m)B(T)790.0.771575.1.102365.1.307875.1.5015750.1.5631500.1.6347245.1.6678740.1.70,1-65,首先定義數(shù)據(jù)表，然后把BH數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)表中Preprocmaterialpropsdatatablesdefine/activate,平面屬性要求賦予材料號,選擇OK,1-66,利用編輯激活表格輸入BH數(shù)據(jù)Preprocmaterialpropsdatatableseditactive,輸入數(shù)據(jù)后，用鼠標(biāo)點取FileApply/Quit圖示:Preprocmaterialpropsdatatablesgraph列表:Preprocmaterialpropsdatatableslist,1-67,實際求解需要用到d/dB2為避免粗劣的v=Yu條件曲線，-B2應(yīng)該是單調(diào)的。UtilityplotdatatablesgraphNUvs.B*2,1-68,把該曲線數(shù)據(jù)放置在庫內(nèi)，以備將來使用。Preproc.materialpropsmateriallibraryexportmaterial,選擇文件名,選取生成的BH數(shù)據(jù)的材料屬性,1-69,應(yīng)用實例:軸對稱直流致動器,課題描述軸對稱線圈為直流供電銜鐵居中但懸空在定子上方。分析順序用axis2d宏建模完成建模后，加邊條件求解后處理,力磁動勢誤差范數(shù)電流,磁力線路徑圖示能量電感,“氣隙”(mm),“線圈”部件,“銜鐵”部件,材料號5(同銜鐵),1-70,勵磁直流施加到線圈:3安培,性質(zhì)銜鐵/定子:上述BH曲線線圈:300匝,26線徑，r=1空氣:r=1,單位:毫米(mm),1-71,對于大多數(shù)應(yīng)用，通常指定電壓，線圈電流是算出來的.26線規(guī)直徑(Dw)=0.404mm(在20攝氏度下)銅電阻率()=17.14E-9-m（在20攝氏度下）匝數(shù)(N)=300線圈中徑為8mm(Rmid)均勻填充圓線圈的電阻為：R=16000NRmid/Dw2R=4.03對于靜態(tài)分析，12V電壓相應(yīng)的電流為2.98安，本分析采用3安。,1-72,參數(shù)化建模需要：參數(shù)GAP必須定義在命令行輸入gap=.5并回車,點取OK,選擇分網(wǎng)密度Preprocsizecntrlbasic,1-73,axis2s宏生成模型銜鐵單元部件ARMATURE線圈面積參數(shù)ACOND線圈單元部件COIL,在ANSYS命令窗口輸入axis2s并回車，以建立模型,1-74,材料號1為空氣完善邊界條件通量平行邊界條件Preprocloadsapplyboundary-fluxparl-lines選擇模型邊界上的所有線,1-75,如下方式定義材料號1（自由空間磁導(dǎo)率）Preprocmaterialpropsisotropic,選擇OK,選擇OK,1-76,給線圈平面加載線圈電流Preprocloadsapplyexcitation-currentdensity-areas選擇線圈平面,選擇OK,1-77,給銜鐵加力邊界條件標(biāo)志PreprocessorLoadsApply-Magnetic-FlagCompForce,選擇OK,用不同的方法計算力，故加載兩種標(biāo)志Maxwell應(yīng)力張量虛功,選擇ARMATURE,1-78,選擇所有幾何和有限元實體進行模擬Solutionelectromagneticopt&solve選擇OK（采用缺省設(shè)置進行求解）,請確認(rèn),1-79,磁力線Postprocplotresults2Dfluxlines注意漏磁位置線圈區(qū)定子上角定子與銜鐵交界位置,1-80,計算力Postprocelec&magcalccomp.force,軸對稱模型只產(chǎn)生垂直方向力定義單元表項FVW_Y虛功Y方向力FMX_YMaxwell應(yīng)力Y方向力環(huán)狀模型力總和,選擇OK,1-81,用與銜鐵鄰接的空氣單元來計算銜鐵力，并顯示首先選擇空氣單元,1)首先選擇空氣單元-材料屬性為1,選擇Apply,2)用Num/Pick從中選取鄰近銜鐵面空氣單元,用框選取,1-82,虛功方法計算垂直力并用等值圖顯示Postprocplotresultselemtable,在氣隙中選取空氣單元,選擇OK,1-83,用路徑圖示選項(PATH)能獲得沿銜鐵面的力的分布圖必須定義路徑Postprocpathoperationsdefinepathbynodes,點取節(jié)點2,給一個任意的名字,增加沿路徑的數(shù)據(jù)采樣點的數(shù)量,點取節(jié)點1,選擇OK,1-84,路徑定義信息如下路徑內(nèi)的結(jié)果插值是在總體坐標(biāo)系下（與柱坐標(biāo)系或其它局部坐標(biāo)系相比）路徑由直線組成,1-85,單元表項FVW_Y中的力必須插值到路徑上Postprocpathoperationsmapontopath,任意名,選擇ETAB.FVW-Y,選擇OK,1-86,將FVW_Y沿路徑顯示Postprocpathoperations-plotpathitems-ongeometry,路徑圖示迭加在幾何體上,已定義,將路徑顯示圖縮放到一個較好的程度,選擇OK,1-87,節(jié)點,作用在銜鐵上的垂直方向力的路徑圖示,1-88,離路徑節(jié)點節(jié)點1的距離,路徑上的力(F_Y)也能打印輸出Postprocpathoperationslistpathitems,選擇OK,1-89,線圈Lorentz力（JxB）選擇線圈區(qū)域并定義為一個部件。Utilityselectcomp/assemblyselectcomp/assembly選擇線圈為Lorentz力定義單元表Postproelementtabledefinetable,選擇,1-90,任意名,作用于整個圓環(huán)上的X方向的Lorentz力,選擇OK,選擇Add,1-91,線圈X方向Lorentz力的等值圖Postprocelementtableplotelemtable,選擇OK,1-92,作用在線圈單元上的總力Postproelementtablesumofeachitem,該操作作用于全部激活單元上相當(dāng)于360圓周上的受力力單位為牛頓:N,1-93,根據(jù)節(jié)點磁場值差異估計誤差，且作為單元表數(shù)據(jù)貯存Postpromag&eleccalcerroreval,B_ERR單位(T)H_ERR單位(Amps/m)BN_ERR和HN_ERR由最大值歸一化,1-94,BN_ERR能用磁力線圖進行等值顯示圖示BN_ERR單元表項Postproelementtableplotelemtable,選擇OK激活NOERASE選擇Utilityplotcntrlseraseoptions,1-95,圖示磁力線Postproplotresults2Dfluxlines選擇OK,1-96,線性和非線性材料的共能計算Postproelec&magcalccoenergy選擇OK,1-97,也能計算貯能Postprocelec&magcalcenergy,注：鐵的共能大約是貯能的8倍，表示鐵的飽和效應(yīng)所致,1-98,鐵單元的磁導(dǎo)率能用等值圖顯示Postproelementtable選擇ADD,plane53單元在線幫助,選擇OK這是絕對磁導(dǎo)率,1-99,為了獲得相對磁導(dǎo)率，單元表應(yīng)乘以MUZ系數(shù)將自由空間磁導(dǎo)率賦予參數(shù):MUZ=12.57x10-7Postproelementtableadditems,用已有名字,自由空間磁導(dǎo)率參數(shù),不需要第二個單元表項,選擇OK,1-100,用等值圖顯示相對磁導(dǎo)率MURPostproelementtableplotelemtable,注意飽和區(qū),選擇tOK,1-101,沿閉合線計算磁動勢MMF確保整個模型都被激活必須定義圍繞線圈的路徑Postproelec&magcalcdefinepathbynodes,選取如圖所示的7個節(jié)點，可從任一節(jié)點開始,路徑的最終節(jié)點應(yīng)與起始節(jié)點是同一個,跨越空氣隙時，氣隙兩邊的鐵邊界上各選取一個節(jié)點,1-102,完成路徑定義,由于鐵與空氣的界面處H值不連續(xù)，故應(yīng)增加采樣點的數(shù)目,選擇OK,1-103,繞閉合回線計算MMFPostproelec&magcalcMMF選擇OK,MMF正負號由右手定則決定，路徑的反時針方向與線圈電流的方向相反（對于軸對稱模型，正電流方向為進行平面方向）,1-104,為了確定鐵芯飽和程度，沿定子的中間部分定義一個路徑并計算MMF,選取節(jié)點1,選取節(jié)點2,MMF=-384A-t,1-105,輸入的總安匝數(shù)為900，鐵芯的中間部位有384安匝，也就是空氣隙中只有519安匝（忽略其余鐵芯中的磁動勢）如果384安匝中的大部分都在空氣隙中，磁力會有多大？對于本問題，電磁力至少會增加2倍。可用另一種方法顯示這一點：將鐵芯的磁導(dǎo)率設(shè)為1000，進行線性求解,評述,1-106,檢查邊界條件的正確與否非常重要模型邊界磁力線的檢查通量平行（用磁力線圖檢查）通量垂直（用磁力線圖檢查）電流觀察選擇線圈組件Postproelec&magcalccurrent選擇OK,1-107,對于線性系統(tǒng):Postproelec&magcalcTerminalpar對于非線性系統(tǒng)一兩種理論選項割線定義增量定義簡易割線計算利用共能(C)，L=2Ci2，仿照電機計算更精確的方法:LMATRIX宏Solumagneticinductance見幫助文檔中的說明和實例,電感計算,1-108,第二章第4節(jié),二維靜磁學(xué),1-109,永磁體,線性永磁體感應(yīng)曲線為線性可模擬大部分稀土磁體計算需要有“感應(yīng)曲線”要求兩種材料性質(zhì)相對磁導(dǎo)率r各向同性正交各向異性矯頑磁力Hc矢量值利用單元坐標(biāo)系定義材料性質(zhì)缺省:總體直角坐標(biāo)系,H(Amp/m),B(T),Br,Hc,固有曲線,感應(yīng)曲線,第二象限曲線圖,稀土磁體典型曲線,1-110,r和Hc可以是隨溫度變化磁化方向平行/垂直于磁體中心線相對于某中心點徑向/環(huán)向材料庫中不提供r和Hc的缺省值?，F(xiàn)代技術(shù)的進步使磁體性能不斷提高,年代,1-111,相對于直線感應(yīng)曲線的磁體只要求Hc和一個單值的磁導(dǎo)率對于永磁材料，為了改善精度，利用剩磁感應(yīng)密度(Br)和Hc來計算磁導(dǎo)率,r=Br/(0Hc),為使用方便，自由空間磁導(dǎo)率參數(shù)MUZ可以在命令窗口輸入MUZ=acos(-1)*IE-7缺省值時，角度的單位為弧度。用SIN或COS函數(shù)來計算Hc的分量時，常用“度”單位。因此角度的單位要變換：Utilityparametersangularunits,選擇OK在輸入窗口中輸入HC*COS(60)來代替數(shù)值輸入,1-112,各向同性單元坐標(biāo)系缺省為總體直角坐標(biāo)系Preprocmaterialpropsisotropic,材料2,磁化方向平行于總體坐標(biāo)+X方向Br=1THc=700,000A/m,空氣,選擇OK,選擇OK,1-113,正交各向異性單元坐標(biāo)系缺省為總體直角坐標(biāo)系Preprocmaterialpropsorthotropic,材料2磁化方向為總體坐標(biāo)+X方向反時針旋轉(zhuǎn)60度Br=1Hc=700,000A/m,選擇OK,選擇OK,1-114,Hc值仍然為700,000A/mHc是在總體直角坐標(biāo)下表示的由于模型對稱，B的最大值不變,材料2,1-115,問題描述平面，圓環(huán)磁體磁體四極設(shè)置在磁體外圓圈上磁化方向為極向（柱坐標(biāo)系）分析目的模擬磁化特性,S,N,應(yīng)用永磁體,S,N,磁極中心（象征性的）,1-116,屬性磁體:Hc=50,000A/mBr=850Gauss尺寸:內(nèi)徑=.5cm外徑=1cm勵磁:沒有,永磁體,1-117,對稱條件只需模擬一個磁極邊界條件側(cè)邊:通量平行外半徑:通量垂直為了確定外半徑上的磁極中心，需要定義一個局部坐標(biāo)系，該局部坐標(biāo)系的X軸為總體X軸反時針旋轉(zhuǎn)45度,通量平行條件,磁極中心,1-118,輸入cir1pole.mac宏建立模型定義材料2的磁體性質(zhì)Preprocmaterialpropsorthotropic,材料2,材料1,選擇OK,1-119,輸入Y方向磁體屬性（柱坐標(biāo)系的切線方向，該坐標(biāo)系待后定義）,選擇OK,選擇OK輸入空氣的各向同性磁導(dǎo)率（材料1）Preproc.materialpropsisotropic,選擇OK,1-120,在外半徑上離總體坐標(biāo)系+X軸45度處，定義局部坐標(biāo)11Utilityworkplanelocalcoord.systemscreatelocalCSatspecifiedloc,在ANSYS輸入窗口中，利用外半徑0.01，角度45，輸入局部坐標(biāo)系原點位置坐標(biāo)回車（鍵盤）在建立局部坐標(biāo)系框內(nèi)選擇OK,1-121,定義了局部坐標(biāo)系11后，在單元圖上會顯示其標(biāo)志,11號局部極坐標(biāo)系，其與磁極中心相對應(yīng),1-122,輸入11以標(biāo)志該坐標(biāo)系,選擇坐標(biāo)系的類型,在命令行輸入的參數(shù)表達式的結(jié)果,選擇OK,1-123,磁體單元的單元坐標(biāo)系(ESYS)屬性相應(yīng)于11號局部坐標(biāo)系改變單元坐標(biāo)系通過材料屬性(2)選擇磁體單元Utilityselectentitieselementsbyattributesmaterial2Preprocmove/modifymodifyattrib在選擇框內(nèi)選擇“PickAll”,選擇OK,1-124,在模型側(cè)邊施加通量平行邊界條件.Preprocloadsapplyboundary-fluxparl-onlines進行求解Soluelectromagneticopt&solv,1-125,圖形顯示磁力線觀察通量平行邊界條件在磁體平面內(nèi)磁力線呈圓形性質(zhì)由于磁體磁導(dǎo)率低而產(chǎn)生漏磁,1-126,利用磁通密度的矢量圖能觀察場量的大小和方向,選擇OK,1-127,磁通密度B的方向相應(yīng)于MGYY和11號坐標(biāo)系正切向,1-128,磁體非線性感應(yīng)曲線也能用于模擬.MGXX,MGYY視為線性磁體輸入感應(yīng)曲線用與非永磁體材料相同的方法輸入感應(yīng)曲線的輸入值被偏置一個Hc值,Br(T),B(T),Hc(Amp/m),H(Amp/m),1-129,Hc=50,400(Amp/m)單位:H(Amp/m)&B(T),ALNICO5系列材料實例,輸入數(shù)據(jù)的BH曲線,1-130,最后數(shù)據(jù)點所對應(yīng)的H值應(yīng)于比Hc大最末斜率接近于自由空間的磁導(dǎo)率第一個數(shù)據(jù)點并不是原點（即（0，0）點不需要輸入）,觀察結(jié)果,1-131,第二章第5節(jié),二維靜磁學(xué),1-132,耦合和約束方程,應(yīng)用問題描述平面磁性離合器六極裝置平行磁化分析目的利用奇對稱周期性條件來模擬1/6模型計算圖示狀態(tài)的力矩,定子,磁性離合器,轉(zhuǎn)子,1-133,性質(zhì)定子和轉(zhuǎn)子磁體:Hc=750,000A/mBr=.9896(r=1.05)定子和轉(zhuǎn)子磁體SA1010轉(zhuǎn)子磁化方向(水平方向反時針30度）定子磁化方向：水平模型參數(shù)半徑單位(R):英寸勵磁:無,磁離合器1/12模型,轉(zhuǎn)子鐵，材料2,轉(zhuǎn)子磁體，材料3,定子磁體，材料6,定子鐵，材料5,(上面只顯示了一半模型),1-134,利用clutch.mac宏命令建模實體模型和單元（國際單位制）SA1010系列鐵將定子磁體單元和鐵單元定義為一個部件S_IRON每個轉(zhuǎn)子磁體各有一個單元坐標(biāo)系,材料號,該磁體單元的X方向為11號局部坐標(biāo)系的X方向,該磁體單元的X方向為12號局部坐標(biāo)系的X方向,1-135,對材料2和3定義為各向同性磁體性質(zhì)Preproc.materialpropsisotropic,重復(fù)這些步驟，定義定子磁體材料3,選擇OK,選擇OK,1-136,為轉(zhuǎn)子磁體平行磁化方向定義11號局部坐標(biāo)系水平方向反時針30度（總體坐標(biāo)+X軸）局部坐標(biāo)系原點與總體坐標(biāo)系一致Utilityworkplanelocalcoord.systemscreatelocalCSatspecifiedlocation,回車（鍵盤）在選擇框選取OK,1-137,11號局部坐標(biāo)系的X軸與總體坐標(biāo)系X軸的夾角,選取OK,1-138,采用與前面相同的方法為下面轉(zhuǎn)子磁體建立12號局部坐標(biāo)系,下面轉(zhuǎn)子磁體是-30,但方向相反(180),選擇OK,0,-30+180,1-139,為了觀察單元坐標(biāo)系的變化，要激活單元坐標(biāo)系標(biāo)記Utilityplotcntrlssymbols,選擇OK,“白”“綠”坐標(biāo)軸分別相應(yīng)于單元軸的X、Y方向,1-140,給定子外半徑加上通量平行條件Preprocloadsapplyboundary-fluxparlonlines(選擇定子鐵體外半徑上弧線)通過強迫內(nèi)半徑上節(jié)點的MVP保持常數(shù)，在轉(zhuǎn)子鐵體內(nèi)半徑上施加通量平行邊界條件選擇轉(zhuǎn)子內(nèi)半徑上節(jié)點對內(nèi)半徑上節(jié)點進行耦合PreproccoupleDOFs（在選擇框選擇pickALL),選擇OK,1-141,激活總體坐標(biāo)系UtilityworkplanechangeactiveCSglobalCS識別模型內(nèi)外半徑位置關(guān)鍵點9:模型內(nèi)半徑上關(guān)鍵點19:模型外半徑上,1-142,周期性邊界條件必須施加到離合器兩側(cè)PreprocloadsboundaryperiodicBCs,選擇OK,用關(guān)鍵點函數(shù)功能得到內(nèi)外半徑的值,選擇OK,模型另一側(cè)邊的位置,1-143,磁離合器1/6模型邊界條件,耦合使內(nèi)半徑滿足通量平行條件,各自的約束方程保證了奇對稱條件,強制約束使外半徑滿足通量平行條件,1-144,利用求解時貯存的單元數(shù)據(jù)來計算力矩，故必須設(shè)置力矩計算標(biāo)志Preprocloadsapplyflagcomp.Force/torq(利用宏命令定義的S_IRON組件),施加相應(yīng)的表面標(biāo)志以計算力/力矩,(只圖示模型上半部分）,1-145,求解計算Soluelectromagnetopt&solv,磁力線圖,1-146,計算力矩Postprocelect&magcalccomp.Torque(選擇S_IRON組件),力矩作用于定子注意：力矩單位為單位長度牛米,1-147,利用Maxwell應(yīng)力張量方法由路徑計算也能計算力矩Postproelec&magcalccirculartorq,計算力矩時的圓形路徑半徑,選擇OK,1-148,力矩作用在轉(zhuǎn)子上使定子和轉(zhuǎn)子磁極成一直線排列,力矩計算路徑,1-149,模擬有許多磁極的電機，周期性邊界條件非常有用右圖顯示的是一個10極永磁電機模擬轉(zhuǎn)子的運動。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，電流會變化。定子槽內(nèi)顯示電流密度本模型也允許轉(zhuǎn)子和定子相互獨立觀看動畫，可執(zhí)行動畫文件:mach2d.avi,定子,轉(zhuǎn)子,1-150,約束方程不相同網(wǎng)格,應(yīng)用,問題描述軸對稱致動器分析目的計算銜鐵在任意垂直位置時的電磁力,線圈,定子,銜鐵,1-151,性質(zhì)定子/銜鐵：鐵介質(zhì)r=1000線圈:空氣磁導(dǎo)率空氣:空氣磁導(dǎo)率勵磁4000安匝,銜鐵運動方向,銜鐵材料4,定子材料4,線圈材料3,1-152,輸入宏命令mv_arm.mac建立模型實體模型和單元（SI單位制）磁化率=1000銜鐵單元組件A_IRON銜鐵單元和節(jié)點組件ARMATURE線圈為4000安匝,模型在此線上不相連,1-153,連接不相同網(wǎng)格需要有：網(wǎng)格較細的一邊的節(jié)點另一邊的單元將定子一側(cè)邊界上的節(jié)點建立組件.選擇定子模型邊界上線段選擇STATOR組件再選擇邊界上線段選擇所選線段上的全部節(jié)點建立單節(jié)點組件CE_N,定子內(nèi)半徑全部節(jié)點,1-154,選擇銜鐵組件ARMATURE選擇節(jié)點組件CE_N應(yīng)用約束方程生成器Preproccoupling/ceqnadjacentregions,選擇OK,1-155,節(jié)點上施加通量平行條件，但不包括約束方程所含節(jié)點激活全部單元選擇外部節(jié)點不選約束方程中節(jié)點（最大約束方程數(shù)為1000）Preproc.loadsapplyboundaryflux-parl-onnodes(選擇pickall）,生成約束方程,1-156,對銜鐵施加力邊界條件標(biāo)志PreprocessorLoadsApply-Magnetic-FlagCompForce,選擇OK,產(chǎn)生運動后，銜鐵力標(biāo)志仍然有效,1-157,執(zhí)行求解全部激活Soluelectromagnetopt&solve圖示磁通密度Postprocplotresultsnodalsolution弱場顯示有嚴(yán)重漏磁注：磁力線和磁通密度在邊界上連續(xù),BSUM(T),磁通密度和磁力線迭加顯示,1-158,利用求解時所得力求和而得到垂直力Postproelec&magcalccomp.Force(應(yīng)用A_IRON組件),作用在銜鐵上的力迫使銜鐵向下運動,1-159,利用move/modify菜單使與銜鐵相關(guān)的平面向下運動選擇ARMATURE組件Preprocmove/modifyareas(選擇pickALL),銜鐵向下運動距離,選擇OK,1-160,銜鐵需要與定子重新相關(guān)聯(lián)首先刪除已存在的約束方程Preproccouple/ceqndelconstreqn,選擇OK與前面一樣重新設(shè)置銜鐵的關(guān)聯(lián)對除有約束方程的節(jié)點外的所有外部節(jié)點重新施加平行條件執(zhí)行求解,1-161,BSUM(T),顯示磁通密度和磁力線迭加圖由于銜鐵位置改變，磁力線隨著變化定子內(nèi)最大磁密BSUM增大模型交界處磁場連續(xù),1-162,利用下面菜單求得垂直力Postproelec&magcalccomp.Forces(應(yīng)用A_IRON組件）,1-163,將執(zhí)行單個求解的命令放在用APDL做的do循環(huán)中，就可以執(zhí)行一系列求解，如動畫所示觀察動畫，執(zhí)行動畫文件:mv_arm.avi,1-164,第三章第1節(jié),2-D交流和瞬態(tài)分析,1-165,交流模擬的基本概念,交流模擬是一種隨時間變化的模擬假定勵磁為正弦波,角(度),勵磁電壓(V)電流密度(A/m2),1-166,可用兩個場分量來表示電相角為0場分量電相角為90場分量考慮一個導(dǎo)電桿在一個絞線線圈中,1-167,通量平行條件,通量垂直條件,絞線圈,二維軸對稱有限元模型,電流密度:1E6A/m2頻率:100Hz,導(dǎo)電桿,1-168,二種求解結(jié)果:實數(shù)解:線圈勵磁相位0度虛數(shù)解：相位差90度,實數(shù)解,虛數(shù)解,1-169,利用這兩種求解結(jié)果，任何時間處的場量都能用迭加的方法來生成,執(zhí)行動畫文件：acaz.avi觀察場動畫,1-170,根據(jù)Faradays定律，線圈中的時變電流會在導(dǎo)體中感生電流,執(zhí)行動畫文件acjt.avi，觀察電流動畫,1-171,其他假定模擬只考慮感應(yīng)效應(yīng)Faradays定律在絞線圈中感生電流在大導(dǎo)體內(nèi)電流會重新分布不考慮射頻效應(yīng)模擬是線性的幾何體不變保持均勻性條件如果用BH曲線描述材料性質(zhì)，就可以模擬飽和狀態(tài),1-172,導(dǎo)電桿中最值得注意的電流效應(yīng)是感生電流的非均勻性,桿中心,桿外半徑,(m),1-173,集膚效應(yīng)是由Amps定律和Faradays定律耦合而產(chǎn)生無源、半平面導(dǎo)體電場每隔如下厚度衰減1/e：=(f)-1/2(m)式中=磁導(dǎo)率=r0=電導(dǎo)率=1/=電阻率(Ohm-m)f=頻率(Hz),1-174,導(dǎo)電桿取下列數(shù)據(jù):,=10000=1.2566E-6(H/m)=2E-7(Ohm-m)f=100(Hz)代入,=(3.1415)(100)(1.2566E-6)(.5E+7)(100)-1/2=.0023m=2.3mm與圖形相對應(yīng)，從外半徑（7.7mm）向內(nèi)2.3mm，由于軸對稱形狀的影響，電流衰減值大于表面電流值的1/e(2.71)。,1-175,模擬交流狀態(tài)，有三種基本物理考慮(1)模擬施加到線圈/導(dǎo)電桿上的功率的方法施加電流邊界條件已知電流值致動器感應(yīng)加熱施加電壓邊界條件不知道電流值電機施加了任意載荷的非理想變壓器,1-176,(2)導(dǎo)電體類型絞線型導(dǎo)體:導(dǎo)體是否細到足以忽略渦流效應(yīng)的影響?（渦流效應(yīng)以非均勻的方式重新分布電流）典型應(yīng)用:變壓器繞組電機繞組致動器繞組,1-177,塊導(dǎo)體:導(dǎo)體大到足以允許渦流的產(chǎn)生。場量和電流的峰值在一個或多個面上會重新分布,典型應(yīng)用:變壓器中的大導(dǎo)體鼠籠電機導(dǎo)電桿感應(yīng)加熱,1-178,BSUM(T),MX,電流密度幅值(A/m2),MX,導(dǎo)電桿,在絞線圈內(nèi)的圓柱形導(dǎo)電桿上能觀察到渦流效應(yīng),1-179,(3)終端條件終端短路條件:導(dǎo)體間是否在端部連接以允許電流在導(dǎo)體之間流過?,三維導(dǎo)體終端連接,二維模型,1-180,端部短路條件不用任何對稱條件，只模擬導(dǎo)體一部分:,三維導(dǎo)體終端連接,部分導(dǎo)體不建模,二維模型,1-181,端部開路條件:導(dǎo)體端部是否分開以至于電流不能在導(dǎo)體之間流過?,三維導(dǎo)體在終端開路,二維模型,1-182,材料性質(zhì):要模擬渦流，需另外提供的材料性質(zhì)是電阻率(RSVX)單位：歐姆-米某些單元類型選項要求定義電阻率，可參考單元選項的幫助文檔RSVX可以是的溫度的函數(shù),1-183,如何模擬疊片鐵芯?疊片允許使用可導(dǎo)磁的材料，但無損于鐵芯中渦流的發(fā)展?？墒?，BH數(shù)據(jù)和磁導(dǎo)率是頻率、疊片材料和疊片厚度的函數(shù)。通常，如果存在空氣隙，就可不需要考慮迭層系數(shù)。如果需要考慮的話，迭層系數(shù)效應(yīng)包含在磁導(dǎo)率數(shù)值內(nèi)。,1-184,迭片平行于磁通:eff=S(r-1)+1式中r=迭片磁導(dǎo)率S=Wi/(Wi+Wa)Wi=一個迭片厚度Wa=迭片之間非導(dǎo)磁材料厚度,疊片,磁通方向,1-185,迭片垂直于磁通:eff=r/r-S(r-1)式中r=迭片磁導(dǎo)率S=Wi/(Wi+Wa)Wi=單個迭片厚度Wa=迭片之間非導(dǎo)磁材料厚度,磁通方向,疊片,1-186,應(yīng)用:電機槽內(nèi)導(dǎo)體,問題描述平面導(dǎo)體為電流供電導(dǎo)體為塊導(dǎo)體導(dǎo)體和空氣都在磁導(dǎo)率無限大的槽內(nèi)分析順序建模加邊界條件執(zhí)行模擬后處理磁力線功率損失,導(dǎo)體,空氣,鐵,1-187,性質(zhì)導(dǎo)體:r=1=17.1-mm空氣:r=1槽材料:完全導(dǎo)磁材料勵磁1安培(峰值)交流電流初始相位為0度,空氣,鐵,導(dǎo)體,1-188,因為電流加在整個導(dǎo)體截面上，要求VOLT自由度耦合建立兩種單元類型空氣為1號單元類型導(dǎo)體為2號單元類型，具有VOLT自由度Preprocelementtypeadd/edit/delete,導(dǎo)體為2號單元類型,平面,選擇OK,1-189,建立空氣材料(MURX=1)性質(zhì)（1號材料）Preprocmaterialpropsisotropic(用Apply來選擇)建立導(dǎo)體材料(MURX=1andRSVX=17.1E-9)性質(zhì)（2號材料）Preprocmaterialpropsisotropic,選擇OK,1-190,為建模輸入?yún)?shù)A=6.45mmB=8.55mmC=8.45mmD=18.85mmE=8.95mm,用二者之一1)窗口命令2)Utilityparameterscalar,輸入?yún)?shù)后選擇Accept,1-191,選擇Apply建立導(dǎo)體上半部份,建立導(dǎo)體下半部份Preproccreaterectanglebydimensions,把上下導(dǎo)體連成一個平面PreprocoperateaddareasPickAll,1-192,建空氣間隙,利用glue操作連接兩個平面Preprocoperateglueareas選擇PickAll,選擇OK,1-193,空氣區(qū)域?qū)傩缘娜笔≈禐?號材料和1號單元給導(dǎo)體賦屬性Preproc-Attributes-definepickedareas(選擇導(dǎo)體),選擇OK,1-194,生成網(wǎng)格Preprocmesh-areas-freemesh選擇PickAll,打開材料號顯示,1-195,模擬端部條件需要耦合電壓（VOLT）自由