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ANSYS电磁场分析指南-2D 

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注:用于模拟如端部效应能忽略的鼠笼转子等设备

DOFs: AZ 材料特性:mr(MURX) 载流绞线圈 特殊特性:没有涡流,直接加源电流密度JS(BFE、BFL或BFA命令) 注:假定线圈中的电流为一恒定的交流电流,其值不受外界影响。电流密度可根据线圈匝数,每匝中的电流值和线圈横截面积来确定。

自由度:AZ,CURR,EMF 材料性质:mr(MURX), r(RSVX) 电路供电绞实常数:CARE,TURN,LENG,DIRZ,FILL 线圈 特殊特性:区域内耦合CURR和EMF自由度 注:模拟由外电路(CIRCU124)单元供电绞线圈。详见ANSYS耦合扬分析指南的“电磁-电路耦合”。

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自由度:AZ,CURR,EMF 材料性质:mr(MURX), r(RSVX) 实常数:CARE, LENG 特殊特性:区域内耦合CURR和EMF自由度 注:模拟由外电路(CIRCU124单元)供电块状导体。详见ANSYS耦合扬分析指南的“电磁-电路耦合”。 电路供电块状导体

DOFs: AZ 铁芯叠片 材料特性:mr(MURX)或B-H曲线 模拟可以忽略涡流的导磁材料,只要求AZ自由度。 DOFs: AZ 空气 材料特性:mr(MURX=1) 运动导体 (速度效应) 用PLANE53单元可模拟以恒定速度运动的导体的速度效应。详见本章和第2章中对速度效应的描述。 42

3.4.6 速度效应

在交流(AC)激励下,可以求解运动导体在某些特殊情况下的电磁场。对于静态、谐波和瞬态分析,速度效应都是有效的。第2章“2-D静态磁场分析”讨论了运动导体分析的应用例子和限制条件。对于谐波分析,速度效应只限于线性情况(不能有B-H曲线)。

对单元的KEYOPT选项和实常数设置,运动导体2-D谐波分析步骤与2-D静态磁场分析完全类似。在谐波分析中,速度设置为常数,不正弦变化(与线圈和场激励不同)。

在后处理中可计算磁雷诺数(Reynolds),磁雷诺数表征速度效应和问题的数值稳定性。其计算公式如下: Mre=μvd/ρ

式中μ为导磁率,ρ为电阻率,v为速度,d为导体单元特征长度(运动方向上)。磁雷诺数只在静态或瞬态分析时有意义。

对于在相对小雷诺值时,运动方程才有效和准确,一般量级为1.0。较高雷诺数值时,求解精度随问题而比变化。除求解场之外,还能求出由于运动产生的导体电流(运动电流可在后处理器中获得)。 3.5 建立模型,划分网格,赋予特性

关于建模、给模型区域赋属性和划分网格的详细内容,可参见第二章。 3.5.1 关于集肤深度

电磁场在导体中的穿透深度是频率、导磁率和导电率的函数,当对场和焦耳热损失的计算精度要求较高时,在导体表面附近必须要划分足够细的有限元网格,以模拟这种集肤现象。通常,在集肤深度内至少要划分一层或两层单元。趋肤深度可以按下式进行估算:

这里,d是集肤深度(m),f是频率(Hz),m是绝对导磁率(H/m),s是导电率(S/m)。 3.6 加边界条件和励磁载荷

在谐波磁分析中,可将边界条件和载荷施加到实体模型上(关键点、线和面),也可以施加到有限元模型上(节点和单元)。

给2-D谐波分析加边界条件和载荷,使用与第2章“2-D静态磁场分析”中所述的完全相同的GUI路径和宏命令。

对于一个谐波磁分析,可以定义三种类型的载荷步选择:动态选项、通用选项和输出控制。本手册第16章对这些载荷步选择有详细描述。

3.6.1 使用PERBC2D宏命令

使用PERBC2D宏,可对2-D分析自动定义周期性边界条件。PERBC2D对两个周期对称面施加必要的约束方程或定义节点耦合。使用该宏命令的方式如下:

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命令:PERBC2D

GUI:Main Menu > Preprocessor > Loads >-loads-Apply > -Magnetic-Boundary > -Vector Poten-Periodic BCs

在第11章 “磁宏”中对该宏的使用有详细描述。 3.6.2 幅值、相位角和工作频率

根据定义,谐波分析假定任何外加载荷都是随时间呈谐波(正弦)变化的,这样的载荷需要说明幅值(0到峰值)、相位角和工作频率。

3.6.2.1 幅值

所加载荷的最大值(0到峰值); 3.6.2.2相位角

相位角是载荷相对于参考值在时间上的落后(或超前)量。在复平面(见图3“实部/虚部分量和幅值/相位角关系图”)中,相位角就是和实轴的夹角。只有存在多个不同相载荷时,才需用到相位角。(如三相电机分析)

施加不同相的电流密度或电压时,在BF、BFE或BFK命令(或它们的等效菜单路径)中的相位(PHASE)区域,输入度数来表示各自的相位角。

对于不同相的矢量位或电流段,在相应的加载命令(或等效菜单路径)的VALUE1和VALUE2区域中,分别输入复数载荷的实部和虚部分量。图3 “实部/虚部分量和幅值/相位角关系图”显示了如何计算实部和虚部分量。

3.6.2.3 工作频率

就是交流电的频率(单位Hz),可按如下定义: 命令:HARFRQ

GUI:Main menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Freq and Supsteps

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3.6.3 给绞线型导体加源电流密度 命令:BFE,,JS

GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation> Curr Density

也可用BFA命令对实体模型上的面加源电流密度。 3.6.4 给块状导体加电流

电流(AMPS)是节点电流载荷,仅用于施加给带有强加电流的块导体区域。在2-D分析中,这种载荷要求PLANE13单元和PLANE53单元的自由度设置为AZ和VOLT。电流表示通过导体的总的电流值,仅仅用于2-D平面或轴对称模型分析。

要想给具有集肤效应的横截面上加均匀电流,必须对横截面上的VOLT自由度进行耦合: 命令:CP

GUI:Main Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Couple DOFs

在2-D平面或轴对称模型中,选择集肤效应区域内的所有节点,并耦合其VOLT自由度后,再给横截面上某一个节点加电流:

命令:F

GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Electric-Excitation> -Impressed Curr-On Nodes

给2-D模型施加强加电流的另一种方法是加均匀电流密度(JS体载荷),这由通过集肤效应区的总的强加电流除以横截面积得到:

命令:BF,BFE

GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic- Excitation> -Curr Density-On Elements

也可用BFL和BFA命令分别对实体模型上的线和面加源电流密度。用BFTRAN或SBCTRAN命令可以把施加在实体模型上源电流密度转换到有限元模型上。

3.6.5 给绞线圈加电压载荷

这种载荷定义绞线圈上的总电压降(幅值和相位角),使用MKS单位制,只能使用带有AZ,CURR自由度的PLANE53单元。按照如下方式加电压降载荷:

命令:BFE

GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-

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注:用于模拟如端部效应能忽略的鼠笼转子等设备DOFs:AZ材料特性:mr(MURX)载流绞线圈特殊特性:没有涡流,直接加源电流密度JS(BFE、BFL或BFA命令)注:假定线圈中的电流为一恒定的交流电流,其值不受外界影响。电流密度可根据线圈匝数,每匝中的电流值和线圈横截面积来确定。自由度:AZ,CURR,EMF材料性质:mr(MURX),r(
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