電磁場基礎知識第三章-

電磁場基礎知識第三章-第1頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月10Ω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2第2頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月Circ124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第3頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月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第4頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月建立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第5頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月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第6頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月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第7頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月建電阻器..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第8頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月建電感器..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第9頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月建電容器..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第10頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月到這里，建模就完成了電路單元的每一個閉合回路要求約束電壓（VOLT）自由度（接地）

Preproc>loads>apply>boundary>-voltage-onnodes選取回路中的任何一個節(jié)點 選擇OK11第11頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月執(zhí)行求解

Solu>newanalysis[Harmonic]設置激勵頻率

Solu>time/frequenc>freqandsubstps選擇OK Solu>currentLS選擇OK12第12頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月為獲取電路單元結果，可列表顯示單元解缺省狀態(tài)下的激活結果為虛數(shù)解

Postproc>listresults>elementsolution選擇OK13第13頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月虛數(shù)分量求解結果14第14頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月為獲取電路單元結果，可列表顯示單元解必須讀入實數(shù)解

Postproc>-readresults-byloadstep選擇[REAL]選擇OK Postproc>listresults>elementsolution15第15頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月實數(shù)分量求解結果16第16頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2D變壓器應用實例問題描述變壓器初極構成如下:2Ω直流電阻1080匝變壓器次極構成如下:.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不同材料17第17頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月分析過程利用對稱性模擬次極短路情況建立電路模型實常數(shù)設置耦合進行交流分析后處理電流功率18第18頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月物理區(qū)域描述鐵區(qū)導磁疊片鐵芯，無須考慮集膚效應線圈區(qū)絞線圈(無集膚效應)導電率隨溫度的增加而增加初極由獨立電壓源（IVS）驅動次極短路全部邊線通量平行19第19頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月材料性質

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第20頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月用in_tran宏建立變壓器對稱的一半模型在命令行輸入：

in_tran變壓器模型鐵芯疊片:材料2空氣隙初極次極21第21頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月模型數(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用于兩個線圈區(qū)域兩個線圈的橫截面積相同，并用參數(shù)ACOND定義單元類型222第22頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月電路單元條件初極 由一個獨立電壓源(IVS)單元提供激勵載荷用一個絞線圈將獨立電壓源(IVS)連接到有限元區(qū)域上次極用一個小電阻模擬短路條件用一個絞線圈將電阻連接到有限元區(qū)域上要求在單元類型選項中激活這些自由度23第23頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月線圈區(qū)域單元類型的自由度選項必須激活

Preproc>elementtype>-add/edit/delete [OPTIONS]選擇OK線圈單元類型號要求選取這些自由度24第24頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月每個線圈必須輸入實常數(shù)數(shù)據(jù)，使之符合于指定的直流電阻值次邊(s-邊)實常數(shù)設置號2原邊(p-邊)實常數(shù)為125第25頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月對于平面模型，絞線圈實常數(shù)數(shù)據(jù)組成如下區(qū)域截面積(CARE)=線圈單元的總面積（可用面積求和）匝數(shù)(TURN)長度:必須為折合長度(LENG)電流正方向（“進”或“出”平面方向）（RIRZ）線圈填充系數(shù)(FILL)（隨后計算）線圈單元圖26第26頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月如果用兩個截面來模擬線圈，則線圈電阻應分配到兩個截面上如果只有一個截面模擬整個線圈電阻，那么這個截面必須相應于線圈電阻（例題所示）平面截面線圈填充系數(shù)表達式為：ARcoilCf=

N2ρL式中

N=線圈匝數(shù)

ρ=電阻率(Ω-M)L=折合長度(M)(折合長度L可能需作適當調(diào)整，以計及終端繞組的影響）

A=線圈區(qū)域單元面積(m2)Rcoil=單個線圈電阻(Ω)27第27頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月對于初極線圈

N=1080L=.07mρ=.2E-7Ω-mRcoil=2ΩA=ACOND=.00125m2

Cf=.07258(對應于一個線槽內(nèi)的整個線圈)對于次極線圈

N=108L=.07mρ=.2E-7Ω-mRcoil=.02ΩA=ACOND=.00125m2

Cf=.653184(對應于一個線槽內(nèi)的整個線圈)

28第28頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月這些值輸入到每個線圈的實常數(shù)組中初極線圈，實常數(shù)組設置為1

Preproc>realconstants>選擇EDIT對應于初極線圈對應于初極線圈選擇OK29第29頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月在實常數(shù)1中，輸入初極線圈數(shù)據(jù)線圈區(qū)單元類型號選擇APPLY(輸入次極線圈數(shù)據(jù))30第30頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月在實常數(shù)組2中輸入次極線圈數(shù)據(jù)選擇OK31第31頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月建電路單元工作平面處于屏幕中心

Preproc>create>circuit>centerWP建初極獨立電壓源IVS ..Circuit>indpvltgsrc>AC/DCharmonic變壓器有限元區(qū)首先，鼠標選取起始節(jié)點其次，鼠標選取終止節(jié)點最后，鼠標點取電路單元的偏置位置32第32頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月峰值（電壓）相位角（度）電路單元標志號選擇OK注:完成此窗口后，才顯示實際電路單元第三個位置選取后輸入:33第33頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月建立絞線圈單元(SCE)，將plane53單元構成的線圈截面與獨立電壓源（IVS）相連接..Circuit>strndcoil- 首先，鼠標選取SCE連接到IVS的一端第二，鼠標選取SCE連接到IVS的另一端第三，用鼠標選取SCE的偏置位置最后的鼠標點取將SCE連接到有限元區(qū)的橫截面上，該單元必須為初極的有限元單元建初極線圈

34第34頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月絞線圈單元的附加信息標志各個SCE允許SCE改變已定義好的實常數(shù)值選擇OK35第35頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月建電阻（1E-8歐姆），模擬短路 ..Circuit>resistor鼠標第一次選取鼠標第二次選取鼠標第三次選取電阻器識別號和電阻值選擇OK建次極電路36第36頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月建SCE，將次極電路與電阻器(RES)相連接鼠標第一次選取將SCE連接到RES鼠標第二次選取鼠標第三次選取最后的鼠標點取將SCE連接到次極單元采用與前面定義過的絞線圈相同的數(shù)據(jù)選擇OK用戶線路設備標識圖37第37頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月每個獨立回路必須約束VOLT自由度

Preproc>loads>apply-electric-boundary>-voltage-onnodes每個獨立回路選一個節(jié)點選擇OK窗口輸入“0”選擇OK38第38頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月選擇APPLY線圈區(qū)要求耦合CURR和EMF自由度以使電流守恒，以及使繞組電流均勻分布初極利用P-SIDE組件選取初極單元節(jié)點在初極生成兩組耦合

Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF選擇PickALL39第39頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月在選取框內(nèi)選擇PickALL（由于由于前面選了APPLY）選擇OK設置號必須不相同選擇OK初極耦合40第40頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月對初極必須生成相同類型的耦合組利用組件S-SIDE選擇次極節(jié)點對次極生成兩組耦合

Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF選擇PickALL選擇APPLY設置號必須唯一41第41頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月在選取框內(nèi)選擇PickALL（由于前面選了APPLY）設置號唯一次極耦合選擇OK42第42頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵芯外邊加通量平行邊界條件

Preproc>loads>apply>boundary>fluxpar’lonlines選擇OK注：線段顏色變亮43第43頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月進行模擬，進入求解器

Solu>newanalysis[HARMONIC]設置模擬頻率

Solu>time/frequenc>freq&substps選擇OK44第44頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月激活整個模型Utility>select>everything開始求解Solu>CurrentLS確認模型為二維電路附加自由度選擇OK45第45頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月讀入結果，圖形顯示兩種結果Postproc>byloadstep[REAL]實數(shù)解Postproc>byload[IMAGINARY]虛數(shù)解46第46頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月確認線圈的直流電阻選擇線圈區(qū)域（材料3）定義單元表選項(ERES)求電阻

Postproc>elementtable>definetable[ADD]從Help查詢PLANE53單元47第47頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月生成ERES求和只選初極線圈單元：p-side組件對全部激活單元的ERES求和

Postproc>elementtable>sumofeachitem選擇OK只選擇次極線圈單元：s-side組件對全部激活單元的ERES求和

Postproc>elementtable>sumofeachitem選擇OK48第48頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月電路單元結果包括:線圈電流功率選擇電路單元Postproc>listresults>elementsolution選擇OK為了得到實數(shù)解結果，首先重新讀入實數(shù)解載荷步，重復上述列表（List）操作49第49頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月功率(W)電流(A)50第50頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月采用次極的短路結果，計算初極阻抗

Zeq=Vp/Isc式中

Vp=60

Isc=+.809+j-3.39(A)Zeq=4.00+j16.75Ω51第51頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月瞬態(tài)分析瞬態(tài)分析是時變分析的一種通用方式非正弦輸入脈沖寬度調(diào)制測試數(shù)據(jù)信號軌跡躍變電壓電容放電交流分析不建議采用飽和材料需要精確的信號輸出模型內(nèi)包含永磁體在由磁體構成的致動器上加載躍變電壓52第52頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月對物理區(qū)域的考慮與交流分析中的要求相同電壓與線圈輸入勵磁載壓線圈的附加數(shù)據(jù)面積、匝數(shù)、填充系數(shù)（軸對稱）面積、匝數(shù)、方向、長度、填充系數(shù)（平面）電阻率RSVX(Ω-m)絞線圈與塊導體 塊導體的自由度耦合塊導體的電阻率RSVX終端條件短路與開路集膚區(qū)域的網(wǎng)格細化53第53頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月致動器——采用躍變電壓利用前面演示章節(jié)中用到的交流致動器躍變電壓條件渦流效應用自動時間步作瞬態(tài)模擬數(shù)據(jù)貯存控制，有效地控制資源利用每個時間步后處理單自由度值（線圈電流）單元數(shù)據(jù)求和力功率（圓環(huán)）銜鐵圓環(huán)線圈54第54頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月物理區(qū)域圓環(huán)自由空間磁導率電阻率ρ=.171E-7Ω-m電壓供電線圈12Ω直流電阻400匝銜鐵和定子高電阻（無渦流）導磁率—使用BH磁化曲線圓環(huán)線圈銜鐵定子H(A/m)B(T)55第55頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月勵磁線圈加24伏躍變電壓時間（S）電壓(V)24圓環(huán)線圈銜鐵56第56頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月利用trsolen宏命令生成模型、單元、實常數(shù)組、材料命令窗口輸入trsolen建模

圓環(huán)線圈銜鐵57第57頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月定義組件COIL(線圈單元)ARMATURE(銜鐵)RING(圓環(huán))線圈區(qū)域包括電流自由度（CURR）實常數(shù)(4)、400匝、24Ω電阻率RSVX為0.171E-7Ω-m環(huán)線圈銜鐵58第58頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月完成邊界條件設置施加銜鐵力標志

Solu>apply>flag>comp.force[ARMATURE]模型邊界平行邊界條件

Solu>apply>boundary>-fluxpar’l-onlines線圈區(qū)域加24伏電壓

Solu>apply>excitation>-voltage drop-onareas

(24伏電壓加到線圈區(qū))載壓線圈的電流耦合59第59頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月定義瞬態(tài)分析

Solu>newanalysis[TRANSIENT]選擇OK定義將結果寫入結果文件的頻度

Solu>outputctrls>DB/resultsfile控制將結果寫入結果文件的頻度，“2”表示每隔一個時間子步寫入一次結果文件選擇OK60第60頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月定義載荷步時間和時間步長（子步長）Solu>time/frequenc>timeandsubstps建議：利用前面分析中的L計算L/R時間常數(shù)，并放大5倍起始時間步長為.01/40在第一時間步就施加激勵61第61頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月允許程序自動確定時間步長定義允許的最小時間步長，時間步長由場的變化速度來控制定義允許的最大的時間步長。根據(jù)用戶在后處理中繪圖或列表時，要求觀察多少個中間結果而定設為“yes”表示允許在瞬態(tài)分析中使用前一時間步的時間步長步開始進行下一載荷步的分析選擇OK完成時間和時間步長的數(shù)據(jù)輸入62第62頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月開始分析激活整個模型Solu>currentLS確認分析類型已改變確認使用了電壓供電線圈選項63第63頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月確認時間和時間步控制的輸入數(shù)據(jù)證實結果存儲的頻度，缺省只保存每個時間步最后子步的結果64第64頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月選擇OK由于鐵芯區(qū)使用了BH曲線（非線性），在求解過程中會顯示收斂范數(shù)求解時間（秒）在不斷修正的65第65頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月對整個分析過程的線圈電流進行后處理

TimeHist>definevariables[ADD]線圈節(jié)點的CURR自由度可以顯示線圈電流的時間歷程選擇OK用于結構分析66第66頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月在線圈區(qū)選擇一個節(jié)點這是在線圈區(qū)選擇的節(jié)點的節(jié)點號（自動輸入）線圈電流自由度參考號>1選擇OK該名字將顯示在圖形窗口中，應其他變量名區(qū)分開來67第67頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月當前所定義變量的概總信息選擇CLOSE68第68頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月圖示線圈電流選擇OK可選擇輸入其他變量（采用相同標度）上述定義的參考號69第69頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月列出最大/最小值

Thpost>listextremes選擇OK(缺省情況下，列出全部變量)線圈電流的時間歷程列表顯示（隨時間變化值）（根據(jù)所貯存的結果數(shù)據(jù)）

Thpost>listvariables選擇OK70第70頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月在每個時間步需要進行單元求和的項目，必須使用Elec&mag中的選項

TimeHist>elec&mag>magnetics概述文件和圖形文件名銜鐵磁力(牛)環(huán)功率損失（瓦）71第71頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月當顯示概述文件時，操作即告完成72第72頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月trsol.plt圖形文件可利用ANSYS中的DISPLAY實用程序觀察（從ANSYS啟動界面進入） 1)打開圖形文件trsol.plt file>opengraphicsfile[trsol.plt] 2)按“Plotnext”73第73頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月trsol.plt文件中還貯存有其他圖形10-1圓環(huán)功率（瓦）74第74頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月可針對分析過的某個特定時間點對整個模型進行后處理通過列表顯示結果文件中的