ansys电磁分析第二章3

1、12-D静磁学静磁学2.3-2求解模型的单位制求解模型的单位制 : SI力力 (牛顿）牛顿） 能量能量(焦耳焦耳 ）功率（瓦）功率（瓦）长度（米）长度（米）时间（秒）时间（秒）质量（公斤）质量（公斤）磁通密度磁通密度B（特斯拉）（特斯拉）磁场强度磁场强度H（安培（安培/米）米）电流（安培）电流（安培）电阻率电阻率 （欧姆（欧姆-米）米）电压电压V（伏）（伏）电感电感L（亨）（亨）磁导率磁导率r (亨亨/米）米）电容（法拉）电容（法拉）2.3-3基本关系式基本关系式: B= H, 其中其中 = r 0 可为单一值（线性）可为单一值（线性） 各相同性或正交各向异性各相同性或正交各向异性 Prepr

2、ocmaterial propsisotropic平面属性要求赋予平面属性要求赋予材料质性号材料质性号r 相对磁导率相对磁导率2.3-4 可为非线性，以模拟饱和状态可为非线性，以模拟饱和状态 BH曲线数据能从曲线数据能从ANSYS55材料库中获得材料库中获得 缺省的缺省的BH材料库在材料库在ansys55 目录下的目录下的matlib子目录中子目录中 :Preproc.material propsmaterial librarylibrary path 通过指定路径可在其它位置得到材料数据通过指定路径可在其它位置得到材料数据2.3-5 BH 数据可用如下方式输入数据可用如下方式输入Prepro

3、cmaterial propsmaterial libraryimport library 选择材料选择材料选择材料属性选择材料属性 选择选择 OK2.3-6BH 数据生成图形和列表显示数据生成图形和列表显示表示在列表示在列表显示中表显示中的数据点的数据点号号材料号材料号2.3-7 数据也可列成表格数据也可列成表格. 这种表格也能人工制成这种表格也能人工制成Utilitylistpropertiesdata tables 选择选择OK2.3-8数据点数据点(0,0) 不要输入不要输入定义曲线弯曲处的数据点要密（见定义曲线弯曲处的数据点要密（见M54的数据点）的数据点）BH曲线要避免生成曲线要避

4、免生成S形形通常通常M钢定义钢定义BH数据到数据到8,000 A/m 数据需要外推数据需要外推 这些曲线的这些曲线的值通常需要附加大量的数据以使得值通常需要附加大量的数据以使得值由大逐渐变到最终值由大逐渐变到最终斜率斜率 最终斜率为空气值最终斜率为空气值(0)2.3-9应用实例应用实例: 400系列不锈钢输入如下数据系列不锈钢输入如下数据 H(A/m) B(T) 790. 0.77 1575. 1.10 2365. 1.30 7875. 1.50 15750. 1.56 31500. 1.63 47245. 1.66 78740. 1.70 2.3-10 首先定义数据表，然后把首先定义数据表，

5、然后把BH数据输入数据表中数据输入数据表中Preproc material propsdata tablesdefine/activate平面属性要求赋予材料号平面属性要求赋予材料号 选择选择OK2.3-11 利用编辑激活表格输入利用编辑激活表格输入BH数据数据 Preproc material propsdata tablesedit active 输入数据后，用鼠标点取输入数据后，用鼠标点取 FileApply/Quit 图示图示: Preprocmaterial propsdata tablesgraph 列表列表: Preprocmaterial propsdata tableslis

6、t2.3-12 实际求解需要用到实际求解需要用到 d/ dB2 为避免粗劣的为避免粗劣的v=Yu 条件曲线，条件曲线， - B2 应该是应该是单调的。单调的。Utilityplotdata tablesgraph NU vs. B*22.3-13把该曲线数据放置在库内把该曲线数据放置在库内 ，以备将来使用。，以备将来使用。Preproc.material propsmaterial libraryexport material选择文件名选择文件名选取生成的选取生成的BH 数据的材料属性数据的材料属性2.3-14 课题描述课题描述 轴对称轴对称 线圈为直流供电线圈为直流供电 衔铁居中但悬空在定子

7、上方衔铁居中但悬空在定子上方。 分析顺序分析顺序 用用axis2d宏建模宏建模 完成建模后，加边条件完成建模后，加边条件 求解求解 后处理后处理力力磁动势磁动势误差范数误差范数电流电流磁力线磁力线路径图示路径图示能量能量电感电感“气隙气隙” (mm) “线圈线圈”部件部件 “衔铁衔铁”部件部件材料材料号号5 (同衔铁同衔铁)2.3-15励磁励磁 直流施加到线圈直流施加到线圈: 3 安培安培性质性质衔铁衔铁/定子定子: 上述上述BH 曲线曲线线圈线圈: 300 匝匝, 26线径，线径，r = 1空气空气: r = 1 单位单位: 毫米毫米(mm)2.3-16对于大多数应用，通常指定电压，线圈电流

8、是算出来的对于大多数应用，通常指定电压，线圈电流是算出来的. 26线规直径线规直径 (Dw )= 0 .404 mm (在在20摄氏度下摄氏度下) 铜电阻率铜电阻率 () = 17.14 E-9 - m（在在20摄氏度下摄氏度下） 匝数匝数 (N) = 300 线圈中径为线圈中径为8 mm (Rmid) 均匀填充圆线圈的电阻为：均匀填充圆线圈的电阻为： R = 16000 N Rmid / Dw2 R = 4.03对于静态分析，对于静态分析，12 V 电压相应的电流为电压相应的电流为2.98安，本分析采用安，本分析采用3安。安。2.3-17参数化建模需要：参数化建模需要： 参数参数GAP必须定

9、义必须定义 在命令行输入在命令行输入 gap=.5 并回车并回车 点取点取OK选择分网密度选择分网密度Preprocsize cntrlbasic2.3-18axis2s宏生成模型宏生成模型 衔铁单元部件衔铁单元部件ARMATURE 线圈面积参数线圈面积参数ACOND 线圈单元部件线圈单元部件 COIL 在在ANSYS命令窗口输入命令窗口输入axis2s并回车，以建立模型并回车，以建立模型2.3-19 材料号材料号 1为空气为空气 完善边界条件完善边界条件 通量平行边界条件通量平行边界条件Preprocloadsapplyboundary-flux par l-lines 选择模型边界上的所有

10、线选择模型边界上的所有线 2.3-20如下方式定义材料号如下方式定义材料号 1（自由空间磁导率）（自由空间磁导率） Preprocmaterial propsisotropic 选择选择OK 选择选择OK2.3-21给线圈平面加载线圈电流给线圈平面加载线圈电流 Preprocloadsapply excitation-current density-areas选择线圈平面选择线圈平面 选择选择 OK2.3-22给衔铁加力边界条件标志给衔铁加力边界条件标志 PreprocessorLoadsApply-Magnetic-FlagComp Force 选择选择 OK 用不同的方法计算力，故加载两种

11、标志用不同的方法计算力，故加载两种标志 Maxwell 应力张量应力张量 虚功虚功 选择选择 ARMATURE2.3-23 选择所有几何和有限元实体选择所有几何和有限元实体 进行模拟进行模拟 Solutionelectromagneticopt&solve 选择选择 OK（采用缺省设置进行求解）采用缺省设置进行求解） 请确认请确认2.3-24 磁力线磁力线Postprocplot results2D flux lines 注意漏磁位置注意漏磁位置 线圈区线圈区 定子上角定子上角 定子与衔铁交界位置定子与衔铁交界位置2.3-25计算力计算力Postprocelec&mag calccomp.fo

12、rce 轴对称模型只产生垂直方向力轴对称模型只产生垂直方向力 定义单元表项定义单元表项 FVW_Y 虚功虚功Y方向力方向力 FMX_Y Maxwell应力应力Y方向力方向力 环状模型力总和环状模型力总和 选择选择 OK2.3-26用与衔铁邻接的空气单元来计算衔铁力，并显示用与衔铁邻接的空气单元来计算衔铁力，并显示首先选择空气单元首先选择空气单元1) 首先选择空气单元首先选择空气单元- 材料属性为材料属性为1 选择选择 Apply2) 用用 Num/Pick从中选取邻从中选取邻近衔铁面空气单元近衔铁面空气单元用框选取用框选取2.3-27虚功方法计算垂直力并用等值图显示虚功方法计算垂直力并用等值图

13、显示 Postprocplot resultselem table在气隙中选取在气隙中选取空气单元空气单元 选择选择OK2.3-28 用路径图示选项用路径图示选项(PATH) 能获得沿衔铁面的力的分布图能获得沿衔铁面的力的分布图 必须定义路径必须定义路径 Postprocpath operationsdefine pathby nodes点取节点点取节点 2给一个任意的名字给一个任意的名字增加沿路径的数据采样点的数量增加沿路径的数据采样点的数量点取节点点取节点 1 选择选择 OK2.3-29 路径定义信息如下路径定义信息如下 路径内的结果插值是在总体坐标系下（与柱坐标系或其它局部坐标路径内的结

14、果插值是在总体坐标系下（与柱坐标系或其它局部坐标系相比）系相比） 路径由直线组成路径由直线组成2.3-30 单元表项单元表项FVW_Y 中的力必须插值到路径上中的力必须插值到路径上 Postprocpath operationsmap onto path 任意名任意名 选择选择 ETAB.FVW-Y 选择选择OK2.3-31将将FVW_Y沿路径显示沿路径显示 Postprocpath operations -plot path items- on geometry路径图示迭加在几何体上路径图示迭加在几何体上已定义已定义将路径显示图缩放到一将路径显示图缩放到一个较好的程度个较好的程度 选择选择

15、OK2.3-32节点节点2.3-33离路径节点节点离路径节点节点1的距离的距离 路径上的力路径上的力(F_Y) 也能打印输出也能打印输出 Postprocpath operationslist path items 选择选择OK2.3-34线圈线圈Lorentz力（力（J x B） 选择线圈区域并定义为一个部件。选择线圈区域并定义为一个部件。 Utilityselectcomp/assemblyselect comp/assembly 选择线圈选择线圈 为为Lorentz 力定义单元表力定义单元表 Postproelement tabledefine table选择选择 2.3-35任意名任意

16、名作用于整个圆环上的作用于整个圆环上的 X 方向的方向的Lorentz 力力 选择选择 OK 选择选择 Add2.3-36 线圈线圈X方向方向 Lorentz 力的等值图力的等值图 Postprocelement tableplot elem table 选择选择 OK2.3-37 作用在线圈单元上的总力作用在线圈单元上的总力Postproelement tablesum of each item 该操作作用于全部激活单元上该操作作用于全部激活单元上 相当于相当于360圆周上圆周上的受力的受力 力单位为牛顿力单位为牛顿: N2.3-38根据节点磁场值差异估计误差，且作为单元表数据贮存根据节点磁

17、场值差异估计误差，且作为单元表数据贮存Postpromag&elec calc error eval B_ERR 单位单位 (T) H_ERR 单位单位 (Amps/m) BN_ERR 和和HN_ERR 由最大值归一化由最大值归一化2.3-39 BN_ERR 能用磁力线图进行等值显示能用磁力线图进行等值显示 图示图示 BN_ERR单元表项单元表项 Postproelement tableplot elem table 选择选择 OK 激活激活NOERASE 选择选择 Utilityplot cntrlserase options2.3-40 图示磁力线图示磁力线Postproplot resu

18、lts2D flux lines 选择选择OK2.3-41 线性和非线性材料的共能计算线性和非线性材料的共能计算 Postproelec&mag calccoenergy 选择选择OK2.3-42也能计算贮能也能计算贮能Postprocelec&mag calcenergy注：铁的共能大约是贮能的注：铁的共能大约是贮能的8倍，表示铁的饱和效应所致倍，表示铁的饱和效应所致2.3-43铁单元的磁导率能用等值图显示铁单元的磁导率能用等值图显示Postproelement table 选择选择ADDplane53单元在线帮单元在线帮助助 选择选择 OK 这是绝对磁导率这是绝对磁导率2.3-44 为了获

19、得相对磁导率，单元表应乘以为了获得相对磁导率，单元表应乘以MUZ系数系数将自由空间磁导率赋予参数将自由空间磁导率赋予参数: MUZ=12.57x10-7Postproelement tableadd items用已有名字用已有名字自由空间磁导率参数自由空间磁导率参数不需要第二个不需要第二个单元表项单元表项 选择选择OK2.3-45 用等值图显示相对磁导率用等值图显示相对磁导率MUR Postproelement tableplot elem table注意饱和区注意饱和区 选择选择t OK2.3-46 沿闭合线计算磁动势沿闭合线计算磁动势 MMF 确保整个模型都被激活确保整个模型都被激活 必须

20、定义围绕线圈的路径必须定义围绕线圈的路径 Postproelec&mag calcdefine pathby nodes选取如图所示的选取如图所示的7个节点，个节点，可从任一节点开始可从任一节点开始路径的最终节点应与起路径的最终节点应与起始节点是同一个始节点是同一个跨越空气隙时，气隙两边的跨越空气隙时，气隙两边的铁边界上各选取一个节点铁边界上各选取一个节点2.3-47 完成路径定义完成路径定义由于铁与空气的界由于铁与空气的界面处面处H值不连续，故值不连续，故应增加采样点的数应增加采样点的数目目 选择选择OK2.3-48绕闭合回线计算绕闭合回线计算MMF Postproelec&mag calcMMF 选择选择 OK MMF正负号由右手定则决定，路径的反时针方向与线圈电流的方向相反（正负号由右手定则决定，路径的反时针方向与线圈电流的方向相反（对于轴对称模型，正电流方向为进行平面方向）对于轴对称模型，正电流方向为进行平面方向）2.3-49 为了确定铁芯饱和程度，沿定子的中间部分定义一个路径并计算为了确定铁芯饱和程度，沿定子的中间