ANSYS電磁場培訓手冊42

第三章

第2節(jié)二維交流和瞬態(tài)分析110Ω電阻器50mH電感器2μf電容器

24伏電壓源電路單元應用問題描述電路由如下組成:10Ω電阻50mH電感器2μf電容器電壓源24伏（峰值）1000Hz頻率分析順序建模進行模擬后處理電流功率2Circ124單元類型除了指定界面單元外，它不是有限元范疇的一部分線單元并不象Plane53或Plane13要分網(wǎng)格具有模擬不同電路單元的多種性能電阻器，電感器，電容器不同類型的電流源不同類型的電壓源互感器單元廣泛幫助從Help查詢到Circ124單元類型(典型例）3用實用命令菜單中的命令清除數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)

Utility>file>clearandstartnew如下菜單生成電路單元

Preproc>create>circuit在生成任何電路單元前，需要調(diào)整工作平面

Preproc>create>circuit>centerWP首先建立獨立電壓源(IVS)4建立IVSCircuit>independentvltgsource>DC/ACharmonic鼠標變成“橡皮筋”狀態(tài)，自由定位電路單元的位置在圖形窗口中，必須用鼠標選取三個位置單元的起始節(jié)點單元的終止節(jié)點兩個節(jié)點左邊或右邊的偏置量IVS（獨立電壓源）5鼠標點取的第一位置，為單元的I節(jié)點鼠標點取的第二位置，為單元的J節(jié)點鼠標點取的第三位置，以確定單元的定位6一旦鼠標點取完三個位置，程序彈出一個對話框以輸入IVS的參數(shù)V4識別號電壓幅值(峰值)，不是均方根值相位角(度)選擇OK7建電阻器..Circuit>resistor當選擇第二個位置時，雙擊鼠標，使其同時也成為第三個位置這并不必須完全點取在同一個位置，電路建模器會自動捕捉到已存在的節(jié)點鼠標點取的第一點鼠標點取的第二點識別號電阻值Ω選擇

OK8建電感器..Circuit>inductor當選擇第二個位置時，雙擊鼠標，使其同時也成為第三個位置這并不必須完全點取在同一個位置，電路建模器會自動捕捉到已存在的節(jié)點鼠標點取的第一點鼠標點取的第二點識別號電感值(H)選擇

OK9建電容器..Circuit>capacitor當選擇第二個位置時，雙擊鼠標，使其同時也成為第三個位置這并不必須完全點取在同一個位置，電路建模器會自動捕捉到已存在的節(jié)點鼠標點取的第一點鼠標點取的第二點識別號電容值(farads)選擇

OK10到這里，建模模就完成了電路單元的每每一個閉合回回路要求約束束電壓（VOLT）自由度（接地地）Preproc>loads>apply>boundary>-voltage-onnodes選取回路中的的任何一個節(jié)節(jié)點選擇OK11執(zhí)行求解Solu>newanalysis[Harmonic]設置激勵頻率率Solu>time/frequenc>freqandsubstps選擇OKSolu>currentLS選擇OK12為獲取電路單單元結果，可可列表顯示單單元解缺省狀態(tài)下的的激活結果為為虛數(shù)解Postproc>listresults>elementsolution選擇OK13虛數(shù)分量求解解結果14為獲取電路單單元結果，可可列表顯示單單元解必須讀入實數(shù)數(shù)解Postproc>-readresults-byloadstep選擇[REAL]選擇OKPostproc>listresults>elementsolution15實數(shù)分量求解解結果162D變壓器應用實實例問題描述變壓器初極構構成如下:2Ω直流電阻1080匝變壓器次極構構成如下:.02Ω直流電阻108匝電壓源60伏特峰值60Hz頻率線圈在75C疊層長度:70mm初極次極磁路空氣隙不同顏色表示示不同材料17分析過程利用對稱性模擬次極短路路情況建立電路模型型實常數(shù)設置耦合進行交流分析析后處理電流功率18物理區(qū)域描述述鐵區(qū)導磁疊片鐵芯，無無須考慮集膚膚效應線圈區(qū)絞線圈(無無集膚效應)導電率隨溫度度的增加而增增加初極由獨立電壓源源（IVS）驅(qū)動次極短路全部邊線通量量平行19材料性質(zhì)鐵μr=10,000ρ:Notinput線圈μr=1ρ=2E-7空氣μr=1空氣鐵次極線圈初極線圈20用in_tran宏建立變壓器器對稱的一半半模型在命令行輸入入：in_tran變壓器模型鐵芯疊片:材材料2空氣隙初極次極21模型數(shù)據(jù)組件初極線圈p-side(單元+節(jié)點)次極線圈s-side(單元+節(jié)點)單元類型2用于兩個個線圈區(qū)域兩個線圈的橫橫截面積相同同，并用參數(shù)數(shù)ACOND定義單元類型222電路單元條件件初極由一個獨立電電壓源(IVS)單元提供激勵勵載荷用一個絞線圈圈將獨立電壓壓源(IVS)連接到有限元元區(qū)域上次極用一個小電阻阻模擬短路條條件用一個絞線圈圈將電阻連接到有限元元區(qū)域上要求在單元類類型選項中激激活這些自由由度23線圈區(qū)域單元元類型的自由由度選項必須須激活Preproc>elementtype>-add/edit/delete[OPTIONS]選擇OK線圈單元類型型號要求選取這些些自由度24每個線圈必須須輸入實常數(shù)數(shù)數(shù)據(jù)，使之之符合于指定定的直流電阻阻值次邊(s-邊)實常數(shù)數(shù)設置號2原邊(p-邊)實常常數(shù)為125對于平面模型型，絞線圈實實常數(shù)數(shù)據(jù)組組成如下區(qū)域截面積(CARE)=線圈單元的總總面積（可用用面積求和））匝數(shù)(TURN)長度:必必須為為折合合長度度(LENG)電流正正方向向（“進”或“出”平面方方向））（RIRZ））線圈填填充系系數(shù)(FILL)（隨后計計算））線圈單單元圖圖26如果用用兩個個截面面來模模擬線線圈，，則線線圈電電阻應應分配配到兩兩個截截面上上如果只只有一一個截截面模模擬整整個線線圈電電阻，，那么么這個個截面面必須須相應應于線線圈電電阻（（例題題所示示）平面截截面線線圈填填充系系數(shù)表表達式式為：：ARcoilCf=

N2ρL式中N=線圈匝匝數(shù)ρ=電阻率率(Ω-M)L=折合長長度(M)(折合長長度L可能需需作適適當調(diào)調(diào)整，，以計計及終終端繞繞組的的影響響）A=線圈區(qū)區(qū)域單單元面面積(m2)Rcoil=單個線線圈電電阻(Ω)27對于初初極線線圈N=1080L=.07mρρ=.2E-7ΩΩ-mRcoil=2ΩΩA=ACOND=.00125m2Cf=.07258(對應于于一個個線槽槽內(nèi)的的整個個線圈圈)對于次次極線線圈N=108L=.07mρρ=.2E-7ΩΩ-mRcoil=.02ΩΩA=ACOND=.00125m2Cf=.653184(對應于于一個個線槽槽內(nèi)的的整個個線圈圈)28這些值值輸入入到每每個線線圈的的實常常數(shù)組組中初極線線圈，，實常常數(shù)組組設置置為1Preproc>realconstants>選擇EDIT對應于于初極極線圈圈對應于于初極極線圈圈選擇OK29在實常常數(shù)1中，，輸入入初極極線圈圈數(shù)據(jù)據(jù)線圈區(qū)區(qū)單元元類型型號選擇APPLY(輸入次次極線線圈數(shù)數(shù)據(jù))30在實常常數(shù)組組2中中輸入入次極極線圈圈數(shù)據(jù)據(jù)選擇OK31建電路路單元元工作平平面處處于屏屏幕中中心Preproc>create>circuit>centerWP建初極極獨立立電壓壓源IVS..Circuit>indpvltgsrc>AC/DCharmonic變壓器器有限限元區(qū)區(qū)首先，，鼠標標選取取起始始節(jié)點點其次，，鼠標標選取取終止止節(jié)點點最后，，鼠標標點取取電路路單元元的偏偏置位位置32峰值（（電壓壓）相位角角（度度）電路單單元標標志號號選擇OK注:完成此此窗口口后，，才顯顯示實實際電電路單單元第三個個位置置選取取后輸輸入:33建立絞絞線圈圈單元元(SCE)，，將plane53單元構構成的的線圈圈截面面與獨獨立電電壓源源（IVS）相連接接..Circuit>strndcoil-首先，，鼠標標選取取SCE連接到到IVS的一端端第二，，鼠標標選取取SCE連接到到IVS的另一一端第三，，用鼠鼠標選選取SCE的偏置置位置置最后的的鼠標標點取取將SCE連接到到有限限元區(qū)區(qū)的橫橫截面面上，該單元元必須須為初初極的的有限限元單單元建初極極線圈圈34絞線圈圈單元元的附附加信信息標志各各個SCE允許SCE改變已已定義義好的的實常常數(shù)值值選擇OK35建電阻阻（1E-8歐姆）），模模擬短短路..Circuit>resistor鼠標第第一次次選取取鼠標第第二次次選取取鼠標第第三次次選取取電阻器器識別別號和和電阻阻值選擇OK建次極極電路路36建SCE，將次極極電路路與電電阻器器(RES)相連接接鼠標第第一次次選取取將SCE連接到到RES鼠標第第二次次選取取鼠標第第三次次選取取最后的的鼠標標點取取將SCE連接到到次極極單元元采用與與前面面定義義過的的絞線線圈相相同的的數(shù)據(jù)據(jù)選擇OK用戶線線路設設備標標識圖圖37每個獨獨立回回路必必須約約束VOLT自由度度Preproc>loads>apply-electric-boundary>-voltage-onnodes每個獨獨立回回路選選一個個節(jié)點點選擇OK窗口輸輸入“0””選擇OK38選擇APPLY線圈區(qū)區(qū)要求求耦合合CURR和EMF自由度度以使使電流流守恒恒，以以及使使繞組組電流流均勻勻分布布初極利用P-SIDE組件選選取初初極單單元節(jié)節(jié)點在初極極生成成兩組組耦合合Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF選擇PickALL39在選取取框內(nèi)內(nèi)選擇擇PickALL（（由于由由于前前面選選了APPLY）選擇OK設置號號必須須不相相同選擇OK初極耦耦合40對初極極必須須生成成相同同類型型的耦耦合組組利用組組件S-SIDE選擇次次極節(jié)節(jié)點對次極極生成成兩組組耦合合Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF選擇PickALL選擇APPLY設置號號必須須唯一一41在選取取框內(nèi)內(nèi)選擇擇PickALL（（由于前前面選選了APPLY）設置號號唯一一次極耦耦合選擇OK42鐵芯外外邊加加通量量平行行邊界界條件件Preproc>loads>apply>boundary>fluxpar’’lonlines選擇OK注：線線段顏顏色變變亮43進行模模擬，，進入入求解解器Solu>newanalysis[HARMONIC]設置模模擬頻頻率Solu>time/frequenc>freq&substps選擇OK44激活整整個模模型Utility>select>everything開始求求解Solu>CurrentLS確認模型為為二維電路附加自自由度選擇OK45讀入結果，，圖形顯示示兩種結果果Postproc>byloadstep[REAL]實數(shù)解Postproc>byload[IMAGINARY]虛數(shù)解46確認線圈的的直流電阻阻選擇線圈區(qū)區(qū)域（材料料3）定義單元表表選項(ERES)求電阻Postproc>elementtable>definetable[ADD]從Help查詢PLANE53單元47生成ERES求和只選初極線線圈單元：：p-side組件對全部激活活單元的ERES求和Postproc>elementtable>sumofeachitem選擇OK只選擇次極極線圈單元元：s-side組件對全部激活活單元的ERES求和Postproc>elementtable>sumofeachitem選擇OK48電路單元結結果包括:線圈電流功率選擇電路單單元Postproc>listresults>elementsolution選擇OK為了得到實實數(shù)解結果果，首先重重新讀入實實數(shù)解載荷荷步，重復復上述列表表（List）操作49功率(W)電流(A)50采用次極的的短路結果果，計算初初極阻抗Zeq=Vp/Isc式中Vp=60Isc=+.809+j-3.39(A)Zeq=4.00+j16.75Ω51瞬態(tài)分析瞬態(tài)分析是是時變分析析的一種通通用方式非正弦輸入入脈沖寬度調(diào)調(diào)制測試數(shù)據(jù)信信號軌跡躍變電壓電容放電交流分析不不建議采用用飽和材料料需要精確的的信號輸出出模型內(nèi)包含含永磁體在由磁體構構成的致動動器上加載載躍變電壓壓52對物理區(qū)域域的考慮與與交流分析析中的要求求相同電壓與線圈圈輸入勵磁磁載壓線圈的的附加數(shù)據(jù)據(jù)面積、匝數(shù)數(shù)、填充系系數(shù)（軸對對稱）面積、匝數(shù)數(shù)、方向、、長度、填填充系數(shù)（（平面）電阻率RSVX(Ω-m)絞線圈與塊導導體塊導體的自由由度耦合塊導體的電阻阻率RSVX終端條件短路與開路集膚區(qū)域的網(wǎng)網(wǎng)格細化53致動器——采采用躍變電壓壓利用前面演示示章節(jié)中用到到的交流致動動器躍變電電壓條條件渦流效效應用自動動時間間步作作瞬態(tài)態(tài)模擬擬數(shù)據(jù)貯貯存控控制，，有效效地控控制資資源利利用每個時時間步步后處處理單自由由度值值（線線圈電電流））單元數(shù)數(shù)據(jù)求求和力功率（（圓環(huán)環(huán)）銜鐵圓環(huán)線圈54物理區(qū)區(qū)域圓環(huán)自由空空間磁磁導率率電阻率率ρ=.171E-7ΩΩ-m電壓供供電線線圈12Ω直流電電阻400匝銜鐵和和定子子高電阻阻（無無渦流流）導磁率率—使使用BH磁化曲曲線圓環(huán)線圈銜鐵定子H(A/m)B(T)55勵磁線圈加加24伏躍躍變電電壓時間（（S）電壓(V)24圓環(huán)線圈銜鐵56利用trsolen宏命令令生成成模型型、單單元、、實常常數(shù)組組、材材料命令窗窗口輸輸入trsolen建模圓環(huán)線圈銜鐵57定義組組件COIL(線圈單單元)ARMATURE(銜鐵)RING(圓環(huán))線圈區(qū)區(qū)域包包括電流自自由度度（CURR））實常數(shù)數(shù)(4)、、400匝匝、24Ω電阻率率RSVX為0.171E-7ΩΩ-m環(huán)線圈銜鐵58完成邊邊界條條件設設置施加銜銜鐵力力標志志Solu>apply>flag>comp.force[ARMATURE]模型邊邊界平平行邊邊界條條件Solu>apply>boundary>-fluxpar’l-onlines線圈區(qū)區(qū)域加加24伏電電壓Solu>apply>excitation>-voltagedrop-onareas(24伏電壓壓加到到線圈圈區(qū))載壓線線圈的的電流流耦合合59定義瞬瞬態(tài)分分析Solu>newanalysis[TRANSIENT]選擇OK定義將將結果果寫入入結果果文件件的頻頻度Solu>outputctrls>DB/resultsfile控制將將結果果寫入入結果果文件件的頻頻度，，“2”表示每每隔一一個時時間子子步寫寫入一一次結結果文文件選擇OK60定義載載荷步步時間間和時時間步步長（（子步步長））Solu>time/frequenc>timeandsubstps建議：：利用用前面面分析析中的的L計算L/R時間常常數(shù)，，并放放大5倍起始時時間步步長為為.01/40在第一一時間間步就就施加加激勵勵61允許程程序自自動確確定時時間步步長定義允允許的的最小小時間間步長長，時時間步步長由由場的的變化化速度度來控控制定義允允許的的最大大的時時間步步長。。根據(jù)據(jù)用戶戶在后后處理理中繪繪圖或或列表表時，，要求求觀察察多少少個中中間結結果而而定設為“yes”表示允允許在在瞬態(tài)態(tài)分析析中使使用前前一時時間步步的時時間步步長步步開始始進行行下一一載荷荷步的的分析析選擇OK完成時時間和和時間間步長長的數(shù)數(shù)據(jù)輸輸入62開始分分析激活整整個模模型Solu>currentLS確認分分析類類型已已改變變確認使使用了了電壓壓供電電線圈圈選項項63確認時時間和和時間間步控控制的的輸入入數(shù)據(jù)據(jù)證實結結果存存儲的的頻度度，缺缺省只只保存存每個個時間間步最最后子子步的的結果果64選擇OK由于鐵鐵芯區(qū)區(qū)使用用了BH曲線（（非線線性）），在在求解解過程程中會會顯示示收斂斂范數(shù)數(shù)求解時時間（（秒））在不不斷修修正的的65對整個個分析析過程程的線線圈電電流進進行后后處理理TimeHist>definevariables[ADD]線圈節(jié)節(jié)點的的CURR自由度度可以以顯示示線圈圈電流流的時時間歷歷程選擇OK用于結結構分分析66在線圈圈區(qū)選選擇一一個節(jié)節(jié)點這是在在線圈圈區(qū)選選擇的的節(jié)點點的節(jié)節(jié)點號號（自自動輸輸入））線圈電電流自自由度度參考號號>1選擇OK該名字字將顯顯示在在圖形形窗口口中，，應其其他變變量名名區(qū)分分開來來67當前所所定義義變量量的概概總信信息選擇CLOSE68圖示線線圈電電流選擇OK可選擇擇輸入入其他他變量量（采采用相相同標標度））上述定定義的的參考考號69列出最最大/最小小值Thpost>listextremes選擇OK(缺省情情況下下，列列出全全部變變量)線圈電電流的的時間間歷程程列表表顯示示（隨隨時間間變化化值））（根根據(jù)所所貯存存的結結果數(shù)數(shù)據(jù)））Thpost>listvariables選擇OK70在每個個時間間步需需要進進行單單元求求和的的項目目，必必須使使用Elec&mag中的選選項TimeHist>elec&mag>magnetics概述文文件和和圖形形文件件名銜鐵磁磁力(牛)環(huán)功率率損失失（瓦瓦）71當顯示示概述述文件件時，，操作作即告告完成成72trsol.plt圖形文文件可可利用用ANSYS中的DISPLAY實用用程程序序觀觀察察（（從從ANSYS啟動動界界面面進進入入））1)打開開圖圖形形文文件件trsol.pltfile>opengraphicsfile[trsol.plt]2)按“Plotnext”73trsol.plt文件件中中還還貯貯存存有有其其他他圖圖形形10-1圓環(huán)環(huán)功功率率（（瓦瓦））74可針針對對分分析析過過的的某某個個特特定定時時間間點點對對整整個個模模型型進進行行后后處處理理通過過列列表表顯顯示示結結果果文文件件中中的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，可可確確定定有有哪哪些些結結果果可可處處理理Postproc>resultssummary75讀入入結結果果有有多多種種方方法法1)利用用載載荷荷步步和和子子載載荷荷步步例:載載荷荷步步1、、子子步步10相相應應于于時時間間=.0045時的的結結果果Postproc>byloadstep選擇擇OK顯示示BSUM762)利利用用結結果果集集號號（（set號））例:載載荷荷步步1、、set5讀取取.0045秒的的結結果果773)如果果要要讀讀入入規(guī)規(guī)定定時時刻刻的的結結果果，，后后處處理理器器自自動動