双凸极结构的电机.ppt

1,建立子目录 c:ansys56novice 程序ANSYS 5.6Interactive,点击Run,键入,2,Main Menu:,Utility Menu: 可以看到jobname在Utility Menu上显示出来,ANSYS Input,ANSYS Toolbar,3,学习ANSYS自带的例子，一个直流制动器的电磁场分析 可以通过：电磁场分析培训手册的第二章 第一节 尽管分析的不是电机，这个简单的例子可以使你了解ANSYS的分析流程。简言之：前处理，求解，后处理。所有的分析都是遵循这个过程，所不同的是前处理会因实际问题而不同，比这个例子要复杂得多。通过本例，你也可以熟悉将来要多次使用的菜单。有一句话，磨刀不误砍柴功。 也可以通过联机帮助： Utility MenuHelpANSYS Tutorials 点击ANSYS Tutorials 点击Tutorial List 点击题为Emag的图（或者点击右边的Magnetic Analysis of a Solenoid Actuator),4,现在我们来分析一个双凸极结构的电机 结构如图：定子6齿，转子4齿,代表绕组,定子,转子,5,对直流制动器做电磁场分析时，采用的是线性模型。本例采用非线性模型，用磁化曲线来描述铁磁材料的磁导率。为简化分析，假设如下： （1）电机磁场沿轴向无变化，忽略端部效应，简化为二维电磁场问题 （2）铁心冲片各向同性，磁化曲线单值 （3）电机外部的磁场忽略不计，定子外表面圆周为一零矢量位面 （4）忽略涡流效应,6,设置预选过滤掉其他应用的菜单 Main MenuPreferences 选Magnetic-Nodal,7,Utility MenuParametersAngular Units 选Degrees DEG 点击OK 以下的操作中，凡是弹出窗口，都需要有某种形式的确认。一般，OK是确认并关闭窗口。Apply是仅确认，不关闭窗口,适用于有多次输入操作的情况。以后这步操作就不再赘述了。 在ANSYS Input窗口中， 键入d1=77.5/1000，回车确认,8,输入以下数据： d2=62/1000 d3=47.5/1000 d4=47.2/1000 d5=35/1000 d6=19/1000 turn=50 an1=30*0.4463 an2=45*0.3273 a1=d3/2 b1=sin(an1)*d3/2 a2=d4/2 b2=sin(an2)*d4/2,9,输入结束，检查是否有误 Utility MenuParametersScalar Parmeters,在弹出Scalar Parmeters窗口中可检查所有变量的值。如果有误，可在此窗口中重新输入一遍。在弹出Scalar Parmeters窗口中输入变量的值与在ANSYS Input窗口中输入是完全等效的。,10,除非特别说明，圆（面、线）均同心，圆心位于坐标原点。 一、定子 1画定子轭 半径分别为d1/2,d2/2的圆环 Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Areas-CircleAnnulus,键入,11,保存数据库文件： Utility MenuFileSave as Jobname.db 经常保存数据库文件是很好的工作习惯。更方便的方法是点击ANSYS Toolbar中的SAVE_DB。如果有一步做错了，只要RESUME_DB即可。 下一次进入ansys，打开这个文件的方法是： Utility MenuFileResume Jobname.db 或者点击ANSYS Toolbar中的RESUME_DB 这与普通的打开文件是有些区别的，你找不到open这一菜单 。,12,(2)将WP沿Y轴移动b1, 再绕X轴旋转90度，切割此圆,复位WP Utility MenuWorkPlaneOffset WP by Inrements Snaps !平移WP X.Y.Z Offsets,键入0,b1,0,Degrees!旋转WP XY,YZ,ZX Angles,键入0,90,0,!观察此时屏幕显示的WX.WY.WZ三根轴位置的变化,2画定子齿 (1)画半径为d2/2的圆 Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Areas CircleSolid Circle,13,(3)将WP沿Y轴移动（-b1）,再绕X轴旋转90度，切割下半个圆，复位WP 只要把以上的操作步骤中“键入0,b1,0 ”改为“键入0,-b1,0”，选中下半个圆，就可以了。,Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-DivideArea by WrkPlane 点击图形，在弹出的 Multiple_Entities对话框中，通过Prev 或Next选中圆,Utility MenuWorkPlaneAlign WP withGlobal Cartesian 如果想看看WP是否已复位，Utility MenuPlotReplot,Replot提供的是刷新屏幕的功能，有时，某些操作进行后，从屏幕上看不出有什么作用，这时，用Replot，就可以看到预计的效果了。,14,(4)删除半径为d2/2的圆的上下两块面，只留下中间的一块 Preprocessor-Modeling-DeleteArea and Below,(5)画半径为d3/2的圆 Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Areas-CircleSolid Circle WP X ,键入0 WP Y ,键入0 Radius,键入d3/2,15,(6)齿=（中间的一块面）-（半径为d3/2的圆） Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-SubtractAreas 选中被减面，Apply,选中减面 Ok,(7)相隔60度，再复制两对 把当前坐标系改为柱坐标 Utility MenuWorkPlaneChange Active CS to Global Cylindrical Preprocessor-Modeling-CopyAreas 选中这对齿,16,选中刚才复制好的这对齿，重复以上操作,复位当前坐标系为直角坐标系 Utility MenuWorkPlaneChange Active CS to Global Cartesian !复位至缺省值是非常重要的操作。上面我们已经用到了WP的复位，Active CS的复位。后面还将用到Select的复位。建立起及时复位的概念很有必要。,17,二、转子 1旋转定子45度 Utility MenuWorkPlaneChange Active CS to Global Cylindrical Preprocessor-Modeling-Move/Modify-Areas-Areas Pick All DX X-offset in active CS 键入0 DY Y-offset in active CS 键入45 DZ Z-offset in active CS 键入0,Utility MenuWorkPlaneChange Active CS to Global Cartesian,18,2画出转子齿，轭，轴 （1）画一个长方形 Preprocessor-Modeling-Create-Areas-RectangleBy Dimensions,(2)画半径为d4/2的圆,(3)二者作相交运算 Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-Intersect-Common-Areas Common：得到所有图形 相交的部分 相对的是 Pairwise：得到 所有图形两两相交的部分 尽管二者是不同的命令，用 在这里效果一样。,19,(4)把所得到的图形旋转90度复制一次 (5)把(3)(4)两步结果相加 Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-AddAreas Utility MenuPlotReplot,20,(6)画半径为d5/2的圆 (7)把(5)(6)两步结果相加,(8)画半径为d6/2的圆周 Preprocessor-Modeling-Create-Lines-ArcsFull Circle 在ANSYS Input窗口中，键入0,0,0 在ANSYS Input窗口中，键入d6/2,21,(9)用此弧线切割转子面 Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-DivideArea by Line,三、总模型 1气隙 画半径分别为d3/2 d4/2的环面,22,2整合这个模型 (1)画半径为d1/2的圆 (2)覆盖所有面 Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-OverlapAreas Pick All,3切割出绕组区域 (1)将WP绕X轴旋转90度 (2)将所有面旋转(-15)度 (3)用WP切割面 (4)同样的方法来切割出另外两相的绕组区域，只需将所有面旋转60度，用WP切割面，再将所有面旋转60度，再切割一次。,23,(5)复位WP 几何模型就完成了。,定义材料 1空气区域，MAT=1 绕组区域 MAT=3 4 PreprocessorMaterial Props-Constant-Isotropic Specify Material number 键入3 MURX 键入1 Specify Material number 键入4 MURX 键入1,点击Apply,24,2铁区 输入磁化曲线 在ANSYS Input窗口中，键入： tb,bh,2 tbpt,290,1.2 tbpt,300,1.25 tbpt,354,1.3 tbpt,450,1.35 tbpt,620,1.4 tbpt,940,1.45 tbpt,1420,1.5 tbpt,2220,1.55 tbpt,3300,1.6 tbpt,4830,1.65 tbpt,6600,1.7 tbpt,8800,1.75 tbpt,11500,1.8 tbpt,15100,1.85 tbpt,19300,1.9 观察B-H曲线，在ANSYS Input窗口中，键入tbplot 回到原来的图形： Utility MenuPlotAreas,25,3分配材料属性 Preprocessor-Attributes-DefinePicked Areas 铁区分配2,一相绕组中，电流流出分配3，流入分配4，其余均为1。 MAT Material number 按以上原则分配。 观察材料的分配情况 Utility MenuPlotCtrlsNumberings,26,划分网格 PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete 点击Add PreprocessorMeshTool 选中Smart Size Mesh 选中Areas Shape 选中Tri 选中Free 点击Mesh,27,点击Pick All,28,加载 (1)先求得绕组区域的面积 Utility MenuPlotAreas Utility MenuPlotCtrlsNumberings 观察图形，选择面号2，作为被测量的面 Utility MenuParameters Get Scalar Data,29,(2)输入电流密度值 在ANSYS Input窗口中，键入if=2 jf=if*turn/sarea (3)选择加载区域 在ANSYS Input窗口中，键入： /solu esel,s,mat,3 bfe,all,js,1,jf esel,s,mat,4 bfe,all,js,1,-jf esel,all,30,求解 (1)加边界条件 Utility Menu PlotLines Main MenuSolution-Loads -Apply-Magnetic-Boundary-Vector Poten-On Lines 选择半径为d1/2的四条弧线,(2)开始求解 在ANSYS Input窗口中，键入： /post1 magsolv,31,查看结果 在ANSYS Input窗口中，键入 /post1 plf2d 这样我们画出了等AZ线。,32,利用宏lmatrix求解绕组的电感值 在ANSYS Input窗口中，键入 esel,s,mat,3,4 cm,wind1,elem esel,all /POST1 *dim,cur,1 symfac=1 cur(1)=if lmatrix,symfac,wind,cur,ind 得到： _ LMATRIX SOLUTION SUMMARY _ Self inductance of coil 1. = 0.20463E-01 Inductance matrix is stored in array parameter ind ( 1., 1.) Inductance matrix is stored in file ind .txt 这样就完成了一个基本的分析过程。,33,看看log文件 你刚才所做的每一步分析（不管是对的还是错的），jobname.log文件都记录下来了，它可以 用notepad打开。 Utility MenuListFilesLog File 如果想知道每一条命令是什么意思，通过Utility MenuHelpHelp Topics 不过更简单的办法是执行一下这条命令。要注意的是， log文件中的有些命令次序是不可以更改的。所以我们先顺着次序来执行。 用Interactive进入，设定新的路径及jobname。你可以： 拷贝几条命令至ANSYS Input，回车，直至把整个log文件执行完。如果一次拷贝了太多条命令， ANSYS不能执行完。 ANSYS Input的上半部分会显示出已经执行的命令。所以一次不要太贪心。如果确实有必要执行很多条命令，可以把它们存成txt文件，然后用下面的方法 Utility MenuFileRead Input from,选择你原来的jobname.log,34,如果原来的log文件丢失了，可以先Utility MenuFile Resume from,选择原来的jobname，然后Utility MenuFile Write DB Log File，得到后缀为lgw的文件，它可以像log文件一样来作为输入文件。 Read Input from不怎么挑剔，log、 lgw、 txt，来者不拒，只要是命令就执行。如果你的命令中有很多错误，它是不会替你去伪存真的。所以对log文件不做任何处理就运行不是明智的选择。当然对那些能一气呵成全部分析任务，中间不出任何错误的高手，这样说就不对了。 推荐一种分析方法：进行了几步操作后， Utility MenuList FilesLog File ，把这几步的命令拷贝至一个txt文件。 Utility MenuFile Read Input from此txt文件。这样就保证了文件中都是正确且必要的命令。,35,请注意： 为不同的分析任务设定不同的路径及jobname， 首次进入时:程序ANSYS 5.6Interactive 下次：程序ANSYS 5.6Run Interactive Now ANSYS默认的角度表示为弧度，但可以改为角度 可以通过ANSYS Input 或Scalar Parameter来输入数据，二者等效 输入尺寸时，全部使用国际单位制 可通过级连菜单或命令来操作，建模阶段多用菜单，求解及后处理多用命令 建立几何模型时，把整个模型变成一个整体，这样边界条件及激励才能通过节点及单元作用于整个模型。相邻的图形，如果没有glue，或者 overlap，看起来好象融为一体了，其实有“缝隙”，不会形成公用的节点，即互相不关联。求解时，边界条件及激励只对模型的一部分有效，肯定无法得到正确的结果。,36,基本概念（一） WP：即工作平面，可移动的参考平面。光标代表空间中垂直于屏幕的一条线。为了能用光标拾取一个点，首先必须定义一个假想的平面。当该平面与光标所代表的垂线相交时，能唯一地确定空间中的一个点。这个假想的平面就是工作平面。工作平面可以不平行于显示屏。缺省的工作平面是Global Cartesian的X-Y平面。工作平面的X Y轴分别取为Global Cartesian的X 轴和Y轴。 Active CS: 当前坐标系，常用的是Global Cartesian(默认值）， Global Cylindrical.需要对图形作X-Y平面上的旋转时，就要把Active CS 改为Global Cylindrical Select 选中了图形的一部分后，下面的操作只对这些选中的部分有效， 本例中，如果漏了esel,all，那么，下面的程序就只对MAT=3,4的面有作用。换言之，参与下面计算的模型就不再是一个完整的电机横截面了。所以要及时Utility Menu Select Everything 复位 改变了WP、 Active CS、 Select的状态，一定要及时复原。,37,基本概念（二） 模型的结构层次：,一般来说，只有最高层的才能被修改。举个例子，如果要修改位于下层的line，则要删除其上的elements,nodes,volumes,areas。这在布尔操作中是必须牢记的，但也有例外，详见建模及分网指南。 Select中，有from full,reselect,also select,这些都是针对同一层次的模型而言。如果要同时选中不同层次中的模型，这些操作的效果是一样的，尽管在命令流中有区别。,38,现在你可以自己来分析一个转子位于一定位置，励磁电流一定的电机了。如果你的模型与本例不同，在输入模型时，要注意以下几点： 尽量使用参数，避免每次输入实际数值。比如用d1,d2来表示直径。这样做的好处是： 1避免多次输入实际数值而出错 2如果模型做小的调整，比如d1的值取得大一些，只要对log文件做修改，很方便。 及时检查输入工作的正确性。方法： Utility MenuListAreas可以看到有关被选中面的所有信息。也可以Utility MenuPlot画出你感兴趣的面或线。,39,对于双凸极电机来说，我们感兴趣的是当转子位于不同位置、电流大小不同时，磁场的分布及电感的大小。可以为每一种情况(转子位于某一位置、电流为某一值)建立模型，进行分析。但是这样做的效率实在是太低了，因此我们必须引入“循环”。 电流的循环：把电流值赋给数组，用数组的下标作为循环变量。电流取不同值，重新加载，求解。 转子位置的循环：定义0度(比如当转子齿正对定子槽时)。把不同的角度赋给数组，每次将转子旋转一定角度。 电流的循环对几何模型没有影响，放在内层；转子位置的循环改变了几何模型，置于外层，有利于提高计算效率。 下面首先介绍电流的循环。,40,ncurr=4 !取四个不同的电流值 *dim,if,ncurr !定义电流数组，维数由参数ncurr决定，尽管这比 ! 直接*dim,if,4多了一行，调试程序时要方便得多 if(1)=10,20,35,50 !赋值，注意写出起始下标 要是你愿意写if(1)=10 if(2)=20 当然也可以了，只要你不嫌麻烦 *do,iii,1, ncurr ！凡是if 的位置均以if (iii)替代 jf=if(iii)*tf/sf *SET,cur(1),if(iii) !循环体中为加载、求解的全过程 *enddo 好象可以循环了，运行到lmatrix时，却不得不干预程序的运行，并未完全自动执行。因此，要对lmatrix这个宏“动手术”。,41,对宏lmatrix “动手术” 用notepad打开位于ansys56docu的lmatrix.mac文件 将其复制到当前目录，对“复制品”进行修改。 由提示信息，循环中断是因为重定义数组，因此最主要的任务是把数组的定义挪到循环外，相应地作一些其他的改动。 在主程序中添加： _nrows=1 ！线圈的个数 *dim,cur,_nrows 删除：*get,_nrows,parm,_cur,dim,x ， 移动至主程序中、循环外： *dim,_jname,char,2 *dim,_ind,array,_nrows,_nrows *dim,_ene,array,_nrows,_nrows *dim,_nami,char,_nrows 修改/out,lmatrix,out为 /out,lmatrix,out,append，使输出方式变为追加方式（默认为覆盖方式） 删除：以下两个标题之间的内容 ! - define output inductance array with name arg4 ! - reinstall operating database,42,小结： 为了实现对多个电流值的自动求解 ，我们用到了： do循环 *do,循环变量，起始值，终止值，步长 循环体 *enddo ansys的宏，并对其进行了初步修改。后面还将为了完善后处理而 继续修改它。其实，一段经常使用的程序，可以保存为当前目录下的mac文件，这样只要在ANSYS Input中键入文件名，就可以执行了。这比每次都Utility MenuFile Read Input from要快捷多了。,43,实现转子位置的循环比电流循环麻烦多了。你需要修改几何模型，还要接触约束方程。方法是： 建立定子及有关部分的模型，划分网格（较细），生成节点组件 建立转子及有关部分的模型，划分网格（较粗），生成单元组件 生成约束方程（定子及有关部分、转子及有关部分是分别建立模型，分别划分网格的，彼此没有关联。通过约束方程，它们形成了一个整体。） 转子位置循环的