ANSYS电磁场培训手册31

第三章

第2节二维交流和瞬态分析110Ω电阻器50mH电感器2μf电容器

24伏电压源电路单元应用问题描述电路由如下组成:10Ω电阻50mH电感器2μf电容器电压源24伏（峰值）1000Hz频率分析顺序建模进行模拟后处理电流功率2Circ124单元类型除了指定界面单元外，它不是有限元范畴的一部分线单元并不象Plane53或Plane13要分网格具有模拟不同电路单元的多种性能电阻器，电感器，电容器不同类型的电流源不同类型的电压源互感器单元广泛帮助从Help查询到Circ124单元类型(典型例）3用实用命令菜单中的命令清除数据库中的数据

Utility>file>clearandstartnew如下菜单生成电路单元

Preproc>create>circuit在生成任何电路单元前，需要调整工作平面

Preproc>create>circuit>centerWP首先建立独立电压源(IVS)4建立IVSCircuit>independentvltgsource>DC/ACharmonic鼠标变成“橡皮筋”状态，自由定位电路单元的位置在图形窗口中，必须用鼠标选取三个位置单元的起始节点单元的终止节点两个节点左边或右边的偏置量IVS（独立电压源）5鼠标点取的第一位置，为单元的I节点鼠标点取的第二位置，为单元的J节点鼠标点取的第三位置，以确定单元的定位6一旦鼠标点取完三个位置，程序弹出一个对话框以输入IVS的参数V4识别号电压幅值(峰值)，不是均方根值相位角(度)选择OK7建电阻器..Circuit>resistor当选择第二个位置时，双击鼠标，使其同时也成为第三个位置这并不必须完全点取在同一个位置，电路建模器会自动捕捉到已存在的节点鼠标点取的第一点鼠标点取的第二点识别号电阻值Ω选择

OK8建电感器..Circuit>inductor当选择第二个位置时，双击鼠标，使其同时也成为第三个位置这并不必须完全点取在同一个位置，电路建模器会自动捕捉到已存在的节点鼠标点取的第一点鼠标点取的第二点识别号电感值(H)选择

OK9建电容器..Circuit>capacitor当选择第二个位置时，双击鼠标，使其同时也成为第三个位置这并不必须完全点取在同一个位置，电路建模器会自动捕捉到已存在的节点鼠标点取的第一点鼠标点取的第二点识别号电容值(farads)选择

OK10到这里，，建模就就完成了了电路单元元的每一一个闭合合回路要要求约束束电压（（VOLT）自由度（（接地））Preproc>loads>apply>boundary>-voltage-onnodes选取回路路中的任任何一个个节点选择OK11执行求解Solu>newanalysis[Harmonic]设置激励频率率Solu>time/frequenc>freqandsubstps选择OKSolu>currentLS选择OK12为获取电路单单元结果，可可列表显示单单元解缺省状态下的的激活结果为为虚数解Postproc>listresults>elementsolution选择OK13虚数分量求解解结果14为获取电路单单元结果，可可列表显示单单元解必须读入实数数解Postproc>-readresults-byloadstep选择[REAL]选择OKPostproc>listresults>elementsolution15实数分量求解解结果162D变压器应用实实例问题描述变压器初极构构成如下:2Ω直流电阻1080匝变压器次极构构成如下:.02Ω直流电阻108匝电压源60伏特峰值60Hz频率线圈在75C叠层长度:70mm初极次极磁路空气隙不同颜色表示示不同材料17分析过程利用对称性模拟次极短路路情况建立电路模型型实常数设置耦合进行交流分析析后处理电流功率18物理区域描述述铁区导磁叠片铁芯，无无须考虑集肤肤效应线圈区绞线圈(无无集肤效应)导电率随温度度的增加而增增加初极由独立电压源源（IVS）驱动次极短路全部边线通量量平行19材料性质铁μr=10,000ρ:Notinput线圈μr=1ρ=2E-7空气气μr=1空气气铁次极极线线圈圈初极极线线圈圈20用in_tran宏建建立立变变压压器器对对称称的的一一半半模模型型在命命令令行行输输入入：：in_tran变压压器器模模型型铁芯芯叠叠片片:材材料料2空气气隙隙初极极次极极21模型型数数据据组件件初极极线线圈圈p-side(单元元+节节点点)次极极线线圈圈s-side(单元元+节节点点)单元元类类型型2用用于于两两个个线线圈圈区区域域两个个线线圈圈的的横横截截面面积积相相同同，，并并用用参参数数ACOND定义义单元元类类型型222电路路单单元元条条件件初极极由一一个个独独立立电电压压源源(IVS)单元元提提供供激激励励载载荷荷用一一个个绞绞线线圈圈将将独独立立电电压压源源(IVS)连接接到到有有限限元元区区域域上上次极极用一一个个小小电电阻阻模模拟拟短短路路条条件件用一一个个绞绞线线圈圈将将电电阻阻连接接到到有有限限元元区区域域上上要求求在在单单元元类类型型选选项项中中激激活活这这些些自自由由度度23线圈圈区区域域单单元元类类型型的的自自由由度度选选项项必必须须激激活活Preproc>elementtype>-add/edit/delete[OPTIONS]选择择OK线圈圈单单元元类类型型号号要求求选选取取这这些些自自由由度度24每个个线线圈圈必必须须输输入入实实常常数数数数据据，，使使之之符符合合于于指指定定的的直直流流电电阻阻值值次边边(s-边)实实常常数数设设置置号号2原边边(p-边)实实常常数数为为125对于于平平面面模模型型，，绞绞线线圈圈实实常常数数数数据据组组成成如如下下区域域截截面面积积(CARE)=线圈圈单单元元的的总总面面积积（（可可用用面面积积求求和和））匝数数(TURN)长度度:必必须须为为折折合合长长度度(LENG)电流正正方向向（“进”或“出”平面方方向））（RIRZ））线圈填填充系系数(FILL)（随后计计算））线圈单单元图图26如果用用两个个截面面来模模拟线线圈，，则线线圈电电阻应应分配配到两两个截截面上上如果只有一一个截面模模拟整个线线圈电阻，，那么这个个截面必须须相应于线线圈电阻（（例题所示示）平面截面线线圈填充系系数表达式式为：ARcoilCf=

N2ρL式中N=线圈匝数ρ=电阻率(Ω-M)L=折合长度(M)(折合长度L可能需作适适当调整，，以计及终终端绕组的的影响）A=线圈区域单单元面积(m2)Rcoil=单个线圈电电阻(Ω)27对于初极线线圈N=1080L=.07mρρ=.2E-7Ω-mRcoil=2ΩΩA=ACOND=.00125m2Cf=.07258(对应于一个个线槽内的的整个线圈圈)对于次极线线圈N=108L=.07mρρ=.2E-7Ω-mRcoil=.02ΩA=ACOND=.00125m2Cf=.653184(对应于一个个线槽内的的整个线圈圈)28这些值输入入到每个线线圈的实常常数组中初极线圈，，实常数组组设置为1Preproc>realconstants>选择EDIT对应于初极极线圈对应于初极极线圈选择OK29在实常数1中，输入入初极线圈圈数据线圈区单元元类型号选择APPLY(输入次极线线圈数据)30在实常数组组2中输入入次极线圈圈数据选择OK31建电路单元元工作平面处处于屏幕中中心Preproc>create>circuit>centerWP建初极独立立电压源IVS..Circuit>indpvltgsrc>AC/DCharmonic变压器有限限元区首先，鼠标标选取起始始节点其次，鼠标标选取终止止节点最后，鼠标标点取电路路单元的偏偏置位置32峰值（电压压）相位角（度度）电路单元标标志号选择OK注:完成此窗口口后，才显显示实际电电路单元第三个位置置选取后输输入:33建立绞线圈圈单元(SCE)，，将plane53单元构成的的线圈截面面与独立电电压源（IVS）相连接..Circuit>strndcoil-首先，鼠标标选取SCE连接到IVS的一端第二，鼠标标选取SCE连接到IVS的另一端第三，用鼠鼠标选取SCE的偏置位置置最后的鼠标标点取将SCE连接到有限限元区的横横截面上，该单元必须须为初极的的有限元单单元建初极线圈圈34绞线圈单元元的附加信信息标志各个SCE允许SCE改变已定义义好的实常常数值选择OK35建电阻（1E-8欧姆），模模拟短路..Circuit>resistor鼠标第一次次选取鼠标第二次次选取鼠标第三次次选取电阻器识别别号和电阻阻值选择OK建次极电路路36建SCE，将次极电路路与电阻器器(RES)相连接鼠标第一次次选取将SCE连接到RES鼠标第二次次选取鼠标第三次次选取最后的鼠标标点取将SCE连接到次极极单元采用与前面面定义过的的绞线圈相相同的数据据选择OK用户线路设设备标识图图37每个独立回回路必须约约束VOLT自由度Preproc>loads>apply-electric-boundary>-voltage-onnodes每个独立回回路选一个个节点选择OK窗口输入“0”选择OK38选择APPLY线圈区要求耦耦合CURR和EMF自由度以使电电流守恒，以以及使绕组电电流均匀分布布初极利用P-SIDE组件选取初极极单元节点在初极生成两两组耦合Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF选择PickALL39在选取框内选选择PickALL（由于由于前面面选了APPLY））选择OK设置号必须不不相同选择OK初极耦合40对初极必须生生成相同类型型的耦合组利用组件S-SIDE选择次极节点点对次极生成两两组耦合Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF选择PickALL选择APPLY设置号必须唯唯一41在选取框内选选择PickALL（由于前面选了了APPLY））设置号唯一次极耦合选择OK42铁芯外边加通通量平行边界界条件Preproc>loads>apply>boundary>fluxpar’’lonlines选择OK注：线段颜色色变亮43进行模拟，进进入求解器Solu>newanalysis[HARMONIC]设置模拟频率率Solu>time/frequenc>freq&substps选择OK44激活整个模型型Utility>select>everything开始求解Solu>CurrentLS确认模型为二二维电路附加自由由度选择OK45读入结果，图图形显示两种种结果Postproc>byloadstep[REAL]实数解Postproc>byload[IMAGINARY]虚数解46确认线圈的直直流电阻选择线圈区域域（材料3））定义单元表选选项(ERES)求电阻Postproc>elementtable>definetable[ADD]从Help查询PLANE53单元47生成ERES求和只选初极线圈圈单元：p-side组件对全部激活单单元的ERES求和Postproc>elementtable>sumofeachitem选择OK只选择次极线线圈单元：s-side组件对全部激活单单元的ERES求和Postproc>elementtable>sumofeachitem选择OK48电路单元结果果包括:线圈电流功率选择电路单元元Postproc>listresults>elementsolution选择OK为了得到实数数解结果，首首先重新读入入实数解载荷荷步，重复上上述列表（List）操作49功率(W)电流(A)50采用次极的短短路结果，计计算初极阻抗抗Zeq=Vp/Isc式中Vp=60Isc=+.809+j-3.39(A)Zeq=4.00+j16.75ΩΩ51瞬态分析瞬态分析是时时变分析的一一种通用方式式非正弦输入脉冲宽度调制制测试数据信号号轨迹跃变电压电容放电交流分析不建建议采用饱和和材料需要精确的信信号输出模型内包含永永磁体在由磁体构成成的致动器上上加载跃变电电压52对物理区域的的考虑与交流流分析中的要要求相同电压与线圈输输入励磁载压线圈的附附加数据面积、匝数、、填充系数（（轴对称）面积、匝数、、方向、长度度、填充系数数（平面）电阻率RSVX(Ω-m)绞线圈与块导导体块导体的自由由度耦合块导体的电阻阻率RSVX终端条件短路与开路集肤区域的网网格细化53致动器——采采用跃变电压压利用前面演示示章节中用到到的交流致动动器跃变电压条件件涡流效应用自动时间步步作瞬态模拟拟数据贮存控制制，有效地控控制资源利用用每个时间步后后处理单自由度值（（线圈电流））单元数据求和和力功率（圆环））衔铁圆环线圈54物理区域圆环自由空间磁导导率电阻率ρ=.171E-7ΩΩ-m电压供电线圈圈12Ω直流电阻400匝衔铁和定子高电电阻阻（（无无涡涡流流））导磁磁率率——使使用用BH磁化化曲曲线线圆环环线圈圈衔铁铁定子子H(A/m)B(T)55励磁磁线圈圈加加24伏伏跃跃变变电电压压时间间（（S））电压压(V)24圆环环线圈圈衔铁铁56利用用trsolen宏命命令令生生成成模模型型、、单单元元、、实实常常数数组组、、材材料料命令令窗窗口口输输入入trsolen建模模圆环环线圈圈衔铁铁57定义义组组件件COIL(线圈圈单单元元)ARMATURE(衔铁铁)RING(圆环环)线圈圈区区域域包包括括电流自由度度（CURR））实常数(4)、400匝、24Ω电阻率RSVX为0.171E-7ΩΩ-m环线圈衔铁58完成边界条条件设置施加衔铁力力标志Solu>apply>flag>comp.force[ARMATURE]模型边界平平行边界条条件Solu>apply>boundary>-fluxpar’l-onlines线圈区域加加24伏电电压Solu>apply>excitation>-voltagedrop-onareas(24伏电压加到到线圈区)载压线圈的的电流耦合合59定义瞬态分分析Solu>newanalysis[TRANSIENT]选择OK定义将结果果写入结果果文件的频频度Solu>outputctrls>DB/resultsfile控制将结果果写入结果果文件的频频度，“2”表示每隔一一个时间子子步写入一一次结果文文件选择OK60定义载荷步步时间和时时间步长（（子步长））Solu>time/frequenc>timeandsubstps建议：利用用前面分析析中的L计算L/R时间常数，，并放大5倍起始时间步步长为.01/40在第一时间间步就施加加激励61允许程序自自动确定时时间步长定义允许的的最小时间间步长，时时间步长由由场的变化化速度来控控制定义允许的最最大的时间步步长。根据用用户在后处理理中绘图或列列表时，要求求观察多少个个中间结果而而定设为“yes”表示允许在瞬瞬态分析中使使用前一时间间步的时间步步长步开始进进行下一载荷荷步的分析选择OK完成时间和时时间步长的数数据输入62开始分析激活整个模型型Solu>currentLS确认分析类型型已改变确认使用了电电压供电线圈圈选项63确认时间和时时间步控制的的输入数据证实结果存储储的频度，缺缺省只保存每每个时间步最最后子步的结结果64选择OK由于铁芯区使使用了BH曲线（非线性性），在求解解过程中会显显示收敛范数数求解时间（秒秒）在不断修修正的65对整个分析过过程的线圈电电流进行后处处理TimeHist>definevariables[ADD]线圈节点的CURR自由度可以显显示线圈电流流的时间历程程选择OK用于结构分析析66在线圈区选择择一个节点这是在线圈区区选择的节点点的节点号（（自动输入））线圈电流自由由度参考号>1选择OK该名字将显示示在图形窗口口中，应其他他变量名区分分开来67当前所定义变变量的概总信信息选择CLOSE68图示线圈电流流选择OK可选择输入其其他变量（采采用相同标度度）上述定义的参参考号69列出最大/最最小值Thpost>listextremes选择OK(缺省情况下，，列出全部变变量)线圈电流的时时间历程列表表显示（随时时间变化值））（根据所贮贮存的结果数数据）Thpost>listvariables选择OK70在每个时间步步需要进行单单元求和的项项目，必须使使用Elec&mag中的选选项TimeHist>elec&mag>magnetics概述文文件和和图形形文件件名衔铁磁磁力(牛)环功率率损失失（瓦瓦）71当显示示概述述文件件时，，操作作即告告完成成72trsol.plt图形文文件可可利用用ANSYS中的DISPLAY实用程程序观观察（（从ANSYS启动界界面进进入））1)打开图图形文文件trsol.pltfile>opengraphicsfile[trsol.plt]2)按“Plotnext”73trsol.plt文件中中还贮贮存有有其他他图形形10-1圆环功功率（（瓦））74可针对对分析析过的的某个个特定定时间间点对对整个个模型型进行行后处处理通过列列表显显示结结果文文件中中的数数据，，可确确定有有哪些些结果果可处处理Postproc>resultssummary75读入结结果有有多种种方法法1)利用载荷荷步和子子载荷步步例:载载荷步步1、子子步10相应于于时间=.0045时的结果果Postproc>byloadstep选择OK显示BSUM762)利利用结果果集号（（set号）例:载载荷步步1、set5读取.0045秒的结果果773)如果要读读入规定定时刻的的结果，，后处理理器自动动在两个个与所定定义时间间最接近近的结果果集之间间插值，，例如