ansys电磁场分析经典教程

电磁场仿真简介第5节

第2节

第节第节第节第节第节

耦合场分析概况

1-第一综1-置电磁装置当然是32稳交流（谐波时变瞬阶跃电(脉宽调制（PulseWidth1-利用轴对称衔铁和平面定子设衔铁旋完整模型由2个独立部件组衔铁模定子模

执行:solen3d.avi看动1-利用如下方式观察装2D与平面与轴对利用轴对称平面简化模定义物理区空气，铁，永磁体等绞线圈，块导短路，开为每个物理区定义材导磁率（常数或非线性电阻矫顽磁力，剩余磁感

线实体模1-建实体模给模型赋予属性以模拟物理线圈激开放边实体模型划分网加补充约束条件（如果有必要周期性边界条

有限元网1-进行模观察结某指定时整个时间历后处磁力力力损MMF（磁动势电特定需1-线模拟由3个区域线衔铁区导磁材料导磁率为常数（线圈区:线圈可视为均匀材料空气区:自由空(μr11-性性柱体线圈==匝数 (整个线圈空气激空气激 =线圈励磁为直流电流:2培Y材料衔长度材料号X轴对1-设置电磁学预选项（过滤器对各物理区定义单元类对每个物理区定义实体模线空加边界条1-设置预选过滤掉其它应用的菜 选择1-定义所有物理区的单元类型为选择••选择磁矢量和8节点53号单1-模拟模型的轴对称形选择Options（选项Elementbehavior（单元行为选择Axisymmetric（轴对称选择1-定义空气为1号材料(MURX选择选择Apply(自动循环地定义下一个材料号1-定义衔铁为2号材选择选择Apply(自动循环地选择下一个材料号1-定义线圈为3号材料(自由空间导磁率OK(退出材料数据输入菜单1-建立衔铁Preprocessor>Create>Rectangle>By选择Apply(重复显示和输入建立线圈选择

1-建立空气衔1-用Overlap迫使全部平面连接在一Preprocessor>Operate>按Pick1-这些平面要求与物理区和材料联系起Preprocessor>-Attributes-Define>Picked用鼠标点取衔铁平选择OK(在选取框内材料号窗口输入

1-这些平面要求与物理区和材料联系起Preprocessor>-Attributes-Define>Picked选取线圈平 1-加通量平行边界条Preprocessor>loads>apply>-magnetic-boundary-flux-选OnLines并选取相应的“所选取的线注：未划分单元前，“所选取的线1-生成有限元网利用智能尺寸选项来控制网格大Preprocessor>-Meshing-SizeCntrls>-smartsize-选择1-Preproc>-Meshing-Mesh>-Areas-打开绘制单元的材料属

1-力边界条件标志需要单元部件，即一组具有“名称”的单把衔铁定义为一个单元组选择衔铁平用此选项在图形口中选择平再次选择用一旦衔铁已选好，选择 (在选取框内1-用“面

衔铁单图示衔铁单 1-使单元与衔铁组件联系起Utility>Select>Comp/Assembly>Create1-加力边界条件标Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>Comp选择施加两个标志，用两个不同的方法来计算Maxwell’s应力张虚

即使只有一种选项，也要标选1-以毫米单位生成的模型，最好把模型尺寸变换为国际单位制（缩放平面-1-给线圈平面施加电流密选择线圈平选择OK实体选择框选择线圈平OK(选取框内1-Preprocessor>Operate>CalcGeometricItems>OfAreas选择Utility>Parameter>GetScalarData1-下面窗口输入面积的参数名，用于后面电流密度输去掉面号（如果有的话这相应于几何面积总1-把电流密度加到平面Preprocessor>Loads>Apply>Excitation>On(因为只激活了线圈平面，可在选取框内选择Pick1-进行计选择 这些适用于用BH数据来进行的分析，本题将忽1-生成磁力线Postproc>plotresults>2Dflux使用缺省设置，选择OK,（况下，可这样做单元边缘围绕的一个红色输廓表区域为同类材料1-计算Postproc>Elec&MagCalc>Comp.

必须用鼠标选1-显示总磁通密度值Postproc>PlotResults>Nodal1-二维静磁1-EMAG模EMAG模拟的概模型边界条件有磁通量垂磁通量平周期性对称偶对 奇对根据单元方程式施加边界矢量(2D或基于单元边铁 空线*在第2章来讨

简单励磁的平面模

(象征性的1-在2D静磁场、交流和瞬态分析中采用磁矢量势方法此公式称为MVP，磁通量密度(B)等于矢量势(A)的旋B=对于二维情况，只有Z方向分量，在中表示为“Z”自由度模型有二种边界条件描-Dirichlet条件（AZ约束）:磁通量平行于模型边ann条件（自然边界条件）:1-沿A-A通量平行边界条件需满模型中A-A的左边和右边是相同几何形状相材料属性相对称平面边界条–沿A-A必须加约

（1/2）对称模1-半对称模型与全模型比较磁通量密度是相同线圈上Lorentz力是相同贮能极面上力为加载电流密度与全模型相简单导磁体的半对称模

线(象征性的1-沿B-B磁通量垂直边条件需满B-B线上下两边如下参数是相同几何形材料性B-B线上下两边励磁相对称面(B-B)边界条2D磁矢量势(MVP)方式，无须处加载电流与全模型相

Quartersymmetrymodelthesimple1-1/4模型与全模型比磁通密度分布相贮能为所示线圈上的Lorentz力作用在极面上力为 励磁体1/4对称模1-单元plane13andplane53用于模拟2D场Plane13:4电源为ZB

螺线管磁体（致动器螺线管磁体（致动器1-plane538耦合场自由度磁ZB适用于精度要求较高的分 1-Preproc>elementtype>选择选择用单元类型给平面赋属选择1-一旦定义单元类型，要选择单元选单元选项控制2D直流模拟为AZ自由2D模拟型轴对平点取单元选1-用于定义平面属性的参考用于直流模几何体式

因为plane13用于耦合场模拟，故单元可以具有应力/应变结构选1-平面与轴对称比端部效平面:不包轴对称:自动包正向电流方向相平面平面+Z电流方向轴对称+Z电流方向磁流密度 铁量显铁线两种情况都是加正向电1-磁力线描平面:AZ等值轴对称:rAZ等值平面?电线定1-力、能量、电感的描平面单位长轴对称:整个圆周上的力轴对称无有效径向力（相互平衡单位弧度力不为零（曲度线圈1-Preproc.>elementtype>add/选择8节点增加单元类型号给平面赋属1-单元选项控制绞线圈电压加载选*模拟运动体的自由plane53单元模拟运动导体示*包括交流分选择1-考虑速度效应时，要求增加输入在实常数中定义。选择单元选项后，定义实常数是很方1-

速度单位 米/角速度单位 弧度/1-第二32-D1-分析中使用的单位制为国际单位制分析中使用的单位制为国际单位制:S(牛顿能量(焦耳功率（瓦长度（米时间（秒质量（公斤

磁通密度B（特斯拉磁场强度H（安培/米电流（安培电阻率ρ（欧姆-米电压V（伏电感L（亨磁导率μr亨/米电容（法拉求解模型的单位:1-基本关系式:BμH,其μ=μrμ可为单一值（线性各相同性或正交各向异 平面属性要求赋材料质性 相对磁导1-μ可为非线性，以模拟饱和状BH曲线数据能从ANSYS55材料库中获缺省的BH材料库在 下的matlib 中Preproc.>materialprops>materiallibrary>library1-BH数据可用如下方式输Preproc>materialprops>materiallibrary>import选择材料属选择材1-材料BH数据生成图形和列表材料1-数据也可列成表格这种表格也能人工制Utility>list>properties>data选择1-BHBH数据点(0,0)不要输定义曲线弯曲处的数据点要密（见M54的数据点BH曲线要避免生成S通常M钢定义BH数据到8,000数据需要外最终斜率为空气值1-BHBH应用实例400系列不锈钢输入如下数 1-首先定义数据表，然后把BH数据输入数据表Preproc>materialprops>data选择

平面属性要求赋予材料1-利用编辑激活表格输入BH数Preproc>materialprops>datatables>edit输入数据后，用鼠标点取图示:Preproc>materialprops>data列表 Preproc>materialprops>data1-实际求解需要用到dν/ 为避免粗劣的v=Yu条件曲线，ν-B2应该是单调的Utility>plot>datatables>graphNUvs.1-把该曲线数据放置在库内，以备将来使用选择文件选取生成的BH数据的材料属1-应用实例:应用实例:轴对称直流致动“衔铁”部轴对线圈为直流供衔铁居中但悬空在定子上方分析顺用axis2d宏建完成建模后，加边条求后处

力

“线圈“线圈”部材料号(同衔铁“气“气”1-性 衔铁/定子:上述BH曲线圈:300匝26线径，μr空气 =直流施加到线圈:3安单位:毫米1-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(Dw0404mm(在20摄氏度下 铜电阻率(ρ17.14E-9Ωm（在20摄氏度下 (N) 线圈中径为8mm均匀填充圆线圈的电阻为R=16000NρRmid/R=对于静态分析，12V电压相应的电流为2.98安，本分析采用3安1-参数化建模需要 参数GAP必须定在命令行输入gap=.5并回Preproc>size点取1-在ANSYS命令窗口输入axis2s并回车，以建立axis2s宏生成模衔铁单元部件线圈面积参数线圈单元部件1-材料号1为空完善边界条通量平行边界条Preproc>loads>apply>boundary>-fluxparl-选择模型边界上的所有1-1（自由空间磁导率Preproc>material选择选择1-1-给衔铁加力边界条件标Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>CompMaxwell应力张虚

选择1-选择所有几何和有限元实进行模选择OK（采用缺省设置进行求解请确1-磁力Postproc>plotresults>2Dflux注意漏磁位线圈定子上定子与衔铁交界位

1-计算轴对称模型只产生垂直方向定义单元表 虚功Y方向 Maxwell应力Y方向环状模型力总1-用与衔铁邻接的空气单元来计算衔铁力，并显首先选择空气单首先选择空气单元材料属性为选择

Num/Pick从中选取邻用框选1-虚功方法计算垂直力并用等值图显选择在气隙中选空气单1-用路径图示选项(PATH)能获得沿衔铁面的力的分布必须定义路点取节点取节

给一个任意的名增加沿路径的数据采样点的数1-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系相比路径由直线组1-单元表项FVW_Y中的力必须插值到路径Postproc>pathoperations>maponto任意选择

选择ETAB.FVW-1-将FVW_Y沿路径显Postproc>pathoperations-plotpathitems-on已定路径图示迭加在几何体1-节1-路径上的力(F_Y)选择离路径节点节选择离路径节点节点的距1-线圈Lorentz力（Jx选择线圈区域并定义为一个部件Utility>select>comp/assembly>select选择线为Lorentz力定义单元选1-任意

作用于整个圆环上X方向的Lorentz选择1-线圈X方向Lorentz力的等值 em1-作 圈单元上的总Postpro>elementtable>sumofeach相当于360°圆周上的受力单位为牛顿:1-根据节点磁场值差异估计误差，且作为单元表数Postpro>mag&eleccalc>errorB_ERR(TH_ERRBN_ERR和HN_ERR1-BN_ERR图示BN_ERR单元表Postpro>element em激活NOERASE选Utility>plotcntrls>erase1-Postpro>plotresults>2Dflux选择 1-线性和非线性材料的共能计选择1-也能计算贮注：铁的共能大约是贮能的81-铁单元的磁导率能用等值图显选择

1-为了获得相对磁导率，单元表应乘以MUZ系 将自由空间磁导率赋予参数:MUZ=12.57x10-Postpro>elementtable>add用已有名自由空间磁导率参不需要第二单元表选择1-用等值图显示相对磁导率 em选择t注意饱和1-沿闭合线计算磁动势确保整个模型都被激Postpro>elec&magcalc>definepath>by选取如图所示的7个节点可从任一节点开空气隙时，气隙两边铁边界上各选取一个节路径的最终节点应与始节点是同一1-完成路径定选择1-绕闭合回线计算1-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选取节MMFMMF=-384A-选取节点1-评输入的总安匝数为900，铁芯的中间部位有384有519安匝（忽略其余铁芯中的磁动势如果384安匝中的大部分都在空气隙中，磁力会有多大？对于本问题磁力至少会增加2可用 1-检查边界条件的正确与否非常重模型边界磁力线的检通量平行（用磁力线图检查通量垂直（用磁力线图检查电流观选择线圈组选择1-对于线性系统 对于非线性系统一两种理论选割线定增量定简易割线计 利用共(C)L2Ci2计更精确的方法:LMATRIX1-二维静磁1-线性永磁感应曲线为线可模拟大部分稀土磁计算需要有“感应曲线要求两种材料性相对磁导率各向同正交各向异矫顽磁矢量利用单元坐标系定义材料缺省:总体直角坐标

稀土磁体典型曲固有曲固有曲感应曲H第二象限曲线 和Hc可以是随温度变磁化方平行/垂直于磁体中心材料库中不提供μrHc的1-相对于直线感应曲线的磁体只要求Hc和一个单值的磁导对于永磁材料，为了改善精度，利用剩磁感应密度(Br和Hc来计算 Br/(μ0为使用方便，自由空间磁导率参数MUZ可以在命令窗口输MUZ=acos(-1)*IE-缺省值时，角度的单位为弧度。用SIN或COS函数来计算Hc的分量Utility>parameters>angular在输入窗口中输入HC*COS(60)来代替数值输1-各向同 空

Br=Hc=700,000正交各向异材料磁化方向为总体坐标+X方材料磁化方向为总体坐标+X方向反时针旋转60度Br=1Hc=700,000Preproc>material1-Hc值仍然为700,000由于模型对称B的最大值1-应用——永磁应用——永磁平面，圆环磁磁化方向为极向（柱坐标 分析目–模拟磁化特

SNS磁极中心（象征性的1-属属磁体Hc=50,000Br=850尺尺寸.5励磁1没 永磁1-磁极中对称条–只需模拟一个磁边界条侧边:通量平外半径:通量垂通量平行条1-输入cir1pole.mac宏建立模定义材料2的磁体性

1-输入Y方向磁体属性（柱坐标系的切线方向，该坐标系待后定义选择输入空气的各向同性磁导率（材料Preproc.>material选择选择1-在外半径上离总体坐标系+X轴45度处，定义局部坐标Utility>workplane>localcoord.systems>crea CS>atspecifiedloc点位置坐回车（键盘在建立局部坐标系框内选择1-定义了局部坐标系111-输入11以标志该坐标选择坐标系的类在命令行输入的参数达式的结1-磁体单元的单元坐标系(ESYS)属性相应于11号局部坐标改变单元坐标–通过材料属性(2)attributes>material2Preproc>move/modify>modify在选择框内选择“Pick1-在模型侧边施加通量平行边界条件Preproc>loads>apply>boundary>-fluxpar‘l-on进行求1-图形显示磁力1-利用磁通密度的矢量图能观察场量的大小和方1-磁通密度B的方向相应于MGYY和11号坐标系正切1-BrHcBH BrHcBHMGXXMGYY视为线性磁–感应曲线的输入值被偏置一个Hc值1-ALNICO5系列材HcHc=50,400单位: &B输入数据的BH曲1-最后数据点所对应的H值应于比Hc最末斜率接近于第一个数据点并不是原点（即（0，0）点不需要输入1-第二第5二维静磁1-应 转 定问题描平面磁性离合六极装平行磁分析目计算图示状态的力磁性离合1-定子和转子磁体Hc=750,000定子和转子磁体Hc=750,000Br=

半径单位(R励磁无半径单位(R励磁无

转子磁，材

定子磁，材

定子铁(上面只显示了一半模型1-利用 ac宏命令建实体模型和单元（国际单位制SA1010系列将定子磁体单元和铁单元定义为一个部件每个转子磁体各有一个单元坐标材料该磁体单元的X方向为号局部坐标系的X方1-对材料2和3定义为各向同性磁体性选择重复这些步骤，定义定子磁体材料1-为转子磁体平行磁化方向定义11号局部坐标水平方向反时针30度（总体坐标+X轴局部坐标系原点与总体坐标系一Utility>workplane>localcoord.systems>crea 回车（键盘在选择框选取1-选取

1-采用与前面相同的方法为下面转子磁体建立12 -下面转 --30°但方向(180选择1-为了观察单元坐标系的变化，要激活单元坐标系标“白”“绿”坐标轴分别应于单元轴的X、Y方1-给定子外半径加上通量平行条Preproc>loads>apply>boundary>-fluxparl>onlines通过强迫内半径上节点的MVP施加通量平行边界条选择转子内半径上节对内半径上节点进行耦Preproc>couple选择1-激活总体坐标Utility>workplane>changeactiveCS>global识别模型内外半径位关关键9模型内半径关键点19模型径1-周期性边界条件必须施加到离合器两Preproc>loads>boundary>periodic选择选择1-磁离合器1/6模型边界条各自的约束方程证了奇对称条1-利用求解时 的单元数来计力矩故必设置力算标志Preproc>loads>apply>flag>compForce/torq(利用宏命令定义S_IRON组件)(只图示模型上半部分1-求解计磁力线1-Postproc>elect&magcalc>compTorque(S_IRON组件)力矩作用于定1-利用Maxwell应力张量方法由路径计算也能计算力Postpro>elec&magcalc>circular计算力矩时圆形路径半1-力矩作用在转子上使定子和转子磁极成一直线排力矩计算路1-模拟有许多磁极的电机，周期性边条件非常有模拟转子的运动。当转子 转动时，电流会变化定子槽内显示电流密动画，可执行动画文件1-约束方程—不相同网应问题描–轴对称致动分析目–计算衔铁在任意垂直位衔定 线1-性定子/衔铁：铁介μr=线圈:空气磁导空气:空气磁导励4000安

衔铁材衔铁运动方定子材料 线圈材料1-输入宏命令mv_arm.mac建立模实体模型和单元（SI单位制磁化衔铁单元组件衔铁单元和节点组件线圈为4000模型在此线上不1-连接不相同网格需要有网格较细的一边的节另一边的单将定子一侧边界上的节点建立组件选择定子模型边界上线选择STATOR组再选择边界上线选择所选线段上的全部节建立单节点组件定子内半全部节1-选择衔铁组件选择节点组件应用约束方Preproc>coupling/ceqn>adjacent1-激活全部单选择外部节不选约束方 （最大约束方程数为ary>flux-par’l-onnodes>(选择pick

生成约束方1-产生运动后，衔力标志仍然有1-执行求全部激图示磁通密Postproc>plotresults>nodal弱场显示有严重漏注：磁力线和磁通密度在边界上BSUM

磁通密度和磁力迭加显1-利用求解时所得力求和而得到垂直Postpro>elec&magcalc>compForce(A_IRON组件)作用在衔铁上的力使衔铁向下运1-利用move/modify菜单使与衔铁相关的平面向下运–选择ARMATURE组件(选择pick

衔铁向下运动距1-衔铁需要与定子重新相关首先删除已存在的约束方Preproc>couple/ceqn>delconstr与前面一样重新设置衔铁的关执行求1-显示磁通密度和磁力线迭加定子内最大磁密BSUM增模型交界处磁场BSUM1-利用下面菜单求得垂直Postpro>elec&magcalc>compForces(A_IRON组件）1-将执行单个求解令放在观察动画，执行动画文件1-第三第12-D交流和瞬态分1-交流模拟是一种随时间变化的模–假定励磁为正弦励磁电压电流密度(度1-可用两个场分量来表电相角为0场分电相角为90场分考虑一个导电在一个绞线线圈1-二维轴对称有限元模导电通量平行条

绞线电流密度1E6频率通量垂直条1-二种求解结果实数解:线圈励磁相位0虚数解：相位差90实数 虚数1-来生成执行动画文件：acaz.avi观察场动1-根据Faradays定律，线圈中的时变电流会在导体中感生电执行动画文件acjt.avi，观察电流动1-如果用BH1-导电杆中最值得注意的电流效应是感生电流的非均匀杆杆杆中1-集肤效应是由Amps定律和Faradays定律耦合而产无源、半平面导体电场每隔如下厚度衰减1/δ=(πμσf)- 式μ磁导=μrσ电导率1ρ电阻率(Ohm-f频率1-导电杆取下列数据μ=100μ0=1.2566E-6ρ=2E-7(Ohm-m)f=100(Hz)代入δ=[(3.1415)(100)(1.2566E-6)(.5E+7)(100)]-δ=.0023δ=2.3响，电流衰减值大于表面电流值的1/e(2.711-模拟施加到线圈/1-导电体类绞线型导体导体是否细到足以忽略涡流效应的影响?（涡典型应用致动器绕1-块导体导体大到足以允许涡流的产生场量和电流的峰值在一个或多个面上会重新分典型应用1-在绞线圈内的圆柱形导电杆上能观察到涡流效导电BSUM

电流密度幅值 1-终端条终端短路条件导体间是否在端部连接以允许电流在导体之间流过三维导体终端连二二维模1-端部短路条件—不用任何对称条件，只模拟导体一部分三维导体终端连 部分导体不建二维模1-端部开路条件导体端部是否分开以至于电流不能在导体之间流过二二维模1-材料性质要模拟涡流，需另外提供的材料性质是电阻率(单位：欧姆-文档RSVX可以是的温度的函1-如何模拟叠片铁芯叠片允许使用可导磁的材料，但无损于铁芯中涡流的发可是，BH数据和磁导率是频率、叠片材料和叠片厚度的函1-迭片平行于磁通μeff=S(μr-1)+式μr 迭片磁导S=Wi 一个迭片厚Wa=迭片之间非导磁材料厚

磁通方叠1-迭片垂直于磁通μeff= /[μr-S(μr-1)式μr 迭片磁导S=Wi 单个迭片厚Wa=迭片之间非导磁材料厚

叠叠1-应用:电机应用:电机槽内导空铁空铁导导体为电流供导体为块导分析顺建加边界条执行模后处磁力功率损1-性 导体

空铁导μr空铁导ρ=17.1μΩ-空气 =槽材料 完全导磁材励1安培(峰值)交流电流1-空气为1导体为2平1-建立空气材料(MURX=1)性质（1号材料Preproc>material (用Apply来选择建立导体材料(MURX=1andRSVX=17.1E-9性质（2号材料Preproc>material1-为建模输入参–A 6.45–B 8.55–C 8.45–D=18.85–E 8.95

用二者之窗口命输入参数后选1-建立导体下半部Preproc>create>rectangle>by选择选择建立导体上半部Preproc>operate>add>areas[Pick1-建空气间利用glue操作连接两个平选择Pick1-给导体赋属define>pickedareas(选择导体1-生成网Preproc>mesh>-areas-free选择Pick

打开材料号显

1-选择导体节1-进行耦主节Preproc>coupling/ceqn>couple主节耦合显示符1-Preproc>loads>apply>boundary>fluxpar‘l>on1-利用.001系数来缩放模型，使其单位制从毫米变化到选择整个模1-给导体加峰值电流（安培Preproc>loads>apply>-electric-excitation>on选取导体的任一个关键给该点加上1安培峰值电选择谐波分析类 (选择1-设置分析的交变频Solution>time/frequenc>freq&终止频率：允许模多个频多个频率模拟时，确保相同频率确定（模拟）中间频率分1-进行模olol t1-后处理可处理两个外加电流时的同相场(实数解)Postproc>byloadstep>1-Postproc>plot 2Dflux

Postproc>elec&mag1-利单元表数据JT（实数解）看电流等值Postproc>plotresults>elem1-与外加电流相差90度相位的场量（虚数解Postproc>byload1-磁力线图Postproc>plot2Dflux

电流分Postproc>elec&mag 1-Postproc>plotresults>elemtable虚数解1-计算导体中的功率损Postproc>elec&magcalc>power结果以参数方 ，可用命Utility>>parameter>scalar来观

功率损失为单位导体长1-图示功率损Postproc>plotresults>elemtable1-应用实例:带圆环的交流致动Z=V/I=Re+1-Units:材料性Units: 线圈 直流电阻:12400匝,32线ρ=17.1μΩ-铜环

μr=ρ=17.1μΩ-空气 =定子和衔铁:铁素μr=ρ>1Ω-励磁24VRMS模型:轴对1-极集肤效应铁芯区(衔铁和定子电阻太大而不计涡流1-单元类型设置2号单元要求相应于直流电阻12圈400

1-环属Shading连续圆环：短路Shading单元类型1号单元材电阻定子（非导体单元类型1号单(Plane材料衔铁（非导体单元类型:1号单(Plane材料号1-Utility>Help>TofC> 1-确定线圈单元类型选Preproc>element1-线1-实常数数据要求线圈模型横截面单位:线圈匝数CF=Aw/AcAw铜线总截面积（不括绝缘层单位:1-求得线圈的截面选择线圈平计算线圈截面Utility>parameters>getscalar1-输入参数1-线圈填充系数必须由匝数、电阻率和面积组成，从而得12轴对称矩形线圈填充系数Cf表达式式ρ=.17241E-7N=400AcACOND

Cf

AcXc线圈横截面质心径向距质心径向尺寸Xc可输入XCOND参1-Utility>parameters>get输入参数1-线圈填充系数CF选择，则只要求建立这一个线圈的模型，这导致填充系数看起来很1-假设线径和匝数已选定（线圈电阻未知查找本线规的总截面线径32Aw.0324Cf=铜的总截面积/线圈截面Cf=400(.0324)(1E-6)/6.6E-5=1-为线圈建立4号实常Preproc>real选择1-输入线圈实常数数值应用下列菜单列出实常Utility>list>properties>allreal1-线圈区域需要对全部节点的R自由度值相同（由于电流守恒，流进线圈的电流必须等于流出的电流值）线圈区域耦合节选择线圈区域全部节Preproc>coupling>coupleDOFPick选择 必须是一个新设置参数1-利用APDL

输入参数1-加上电压励Preproc>loads>apply>-voltagedrop-on选择线圈区域（面积选择峰值电1-沿模型边缘加通量平行边界条Preproc>apply>boundary>-fluxpar‘l-on选择模型边缘上的全部Preproc>apply>flag>comp.1-选择分析类型，进行模 选取谐波分olu>time/frequenc>freq&设置激励频率（olu>time/frequenc>freq&开始求Solu>solvecurrent1-AC模拟实际上可得两组结果数节点和单元的与激励同相的场量结果（实数解节点和单元的与激励相差90度相位的场量结果（虚数解读入虚数Postproc>byload1-得到虚数解磁力（虚数部分场量为缺省条件Postproc>plotresults>2Dflux附近的BSUM(1-实数部分磁力Postproc>byloadstep1-与电压激励同项的场量结果（实数解与电压激励同项的场量结果（实数解1-获取时间平均衔铁磁Postproc>elec&magcalc>comp.

频率由 计算的 Maxwell应力张量法计算的1-确 极铜环功率损选择铜环单元（材料号Postproc>elec&magcalcs>power图示环内功率损Postproc>plotresults>elem1-利用单元表ERES选项，可观察到线圈直流电阻，该 于序列号8（见PLANE53单元的帮助文档选择线圈区域（COIL组件定义单元表ERES，选择Postproc>elementtable>define 1-通过求和线圈全部单元的电阻ERESPostproc>elementtable>definetable>sumofeach这个通过单元表得到的电阻值与通过实常数定义的12欧姆差别很1-利用VI计算线圈终端阻抗，式中V和I有实数和虚数两个分量，I对应于线圈节点的CURR自由度.单位:(峰值选取线圈全部节为了正确地识别CURR自由度分量，重新 Postproc>-readresults-byloadstep1-列出线圈激活节点虚数解中的CURRPostproc>listresults>nodal

求解结果标1-实数解Postproc>-readresults>byload列出实数解的CURRPostproc>listresults>nodal (useCURRas实数解标识缺1-由下列公式计算阻Z=Zreal+jVreal=Vimag0励磁电压只有实数分量Zimag=Vreal*IimagZreal=Vreal*Ireal = Fromthe Ireal= Iimag=2.04,Imag=Zimag=12.23Ω 2πfL,soL=32.4Zreal=7.311-第2二维交流和瞬态分1-电路由如下组成10Ω50mH2μf24伏（峰值1000Hz

24伏电压

2μf电容50mH电感10Ω电阻1-Circ124单元类除了指定界面单元外，它不是有限元范的一部线单并不象Plane53或Plane13要 电阻器，电感器，电容不同类型的电流不同类型的电压互感器单广泛帮

从Help查询到Circ124元类型(典型例1-用实用命令菜单 令清除数据库中的数Utility>file>clearandstart如下菜单生成电路单在生成任何电路单元前，需要调整工作Preproc>create>circuit>center首先建立独立电压源1-IVS（独立电压源IVS（独立电压源Circuit>independentvltgsource>DC/AC–鼠标变成“橡皮筋”状态，自由定位电路单元的位在图形窗口中，必须用鼠标选取三个位单元的起始节单元的终止节两个节点左边或右边的偏置1-鼠标点取的第一位置，为单元的I节鼠标点取的第三位置，以确定J1-框以输入IVS的参识别电压幅值(峰值不是均方根

相位(度1-建电阻..识别

鼠标点的第二

电阻

的第一1-..

鼠标点的第二识别

的第一

电感1-建电容..这并不必须完全点取在同一个位

鼠标点取第二的第一识别

电容1-到这里，建模就完成电路单元的每一个闭合回路要求约束电压（VOLT）自由度（Preproc>loads>apply>boundary>-voltage-on选取回路中的任何一个节1-执行求 ysis设置激励频Solu>time/frequenc>freqandSolu>current1-为获取电路单元结果，可列表显示单元缺省状态下的激活结果为虚数Postproc>listresults>element1-虚数分量求解结1-为获取电路单元结果，可列表显示单元必须读入实数Postproc>-readresults-byloadPostproc>listresults>element1-实数分量求解结1-2D2D问题描变压器初极构成如下空气2Ω直流电 空气1080变压器次极构成如下.02Ω直流电108电压60伏特峰60Hz频线圈75叠层长度:70磁 初不同颜色表示不同材1-分析过利用对称模拟次极短路情建立电路模实常数设耦进行交流分后处电功1-全部全部边线通量平(无集肤效应由独立电压源（IVS）1-材料性铁–μr=–ρ:Not线μr 空ρ=2E-空–μr=

次极线铁初极线1-次in_tran次空气铁芯叠片:变压器模1-模型数组初极线p-side(单元+节点次极线e单元+节点单元类2用于两个线圈两个线圈的横截面积相，并用参数ACOND定

单元类1-初由一个独立电压源IVS)单元提供激励载压源(IVS)连接到有限次要求在单元类型选项中激活这些自由1-Preproc>elementtype>-add/edit/delete线圈单元类型要求选要求选取这些自由1-每个线圈必须输入实常数数据，使之符合于指定的直流电阻(s-边实数设置号原边(p-边实常数为1-区域截面积(CARE线圈单元匝数长度:必须为折合长度平面方向）（RIRZ）

线圈单元1-如果用两个截面来模拟线圈，则线圈电阻应分配到两个截面上如果只有一个截面模拟整个线圈电阻，那么这个截面必须相应于线圈电阻（）平面截面线圈填充系数表2为式N线圈匝ρ=(Ω-L折合长

Cf

NA(折合长度L可能需作适当调整，以计及终端绕组的影响A线圈区域单元面积Rcoil=单个线圈电阻1-对于初极线N=1080 L=.07m ρ=.2E-7Ω-mRcoil=2Ω A=ACOND=.00125m2Cf.07258(对应于一个线槽内的整个线圈对于次极线N=108 L=.07m ρ=.2E-7Ω-mRcoil=.02Ω A=ACOND=.00125m2Cf.653184(对应于一个线槽内的整个线圈1-这些值输入到每个线圈的实常数Preproc>realconstants>对应于初极线对应于初极线1-在实常数1线圈区单元类型选择APPLY输入次极线圈数据1-在实常数组21-建电路单工作平面处于建电路单Preproc>create>circuit>center建初极独立电压源..Circuit>indpvltgsrc>AC/DC变压器限元

首先，鼠标取起始节1-第三个位置选取后输入电路单元标志峰值（电压

相位角（度注:完成此窗口后，才显示实际电路单1-建立绞线圈单元(SCE)，将plane53单元构成的线圈截面与独立..Circuit>strndcoil的横截面该单元

第三，用鼠标选SCE的偏置位第三，用鼠标选SCE的偏置位1-绞线圈单元的附加信个1-建次极电..

鼠标第三次选

鼠标第次选鼠标第次选1-建SCE，将次极电路与电阻器(RES)相连最后的鼠标点取将连接到次极单

用户线路设备标识

鼠标第次选取将SCE连1-每个独立回路必须约束VOLT自由Preproc>loads>apply-electric-boundary>-voltage-on每个独立回路选一个节选择窗口输入选择1-线圈区要求耦合CURR和EMF分利用P-SIDE组件选取初极单元节在初极生成两组Preproc>coupling/ceqn>couplePick选择1-在选取框内选择PickALL（由于由于前面选了

设置号必须不相初极耦1-对初极必须生成相同类型的耦合利用组 E选择次极节对次极生成两组Preproc>coupling/ceqn>couplePick选择

设置号必须唯1-在选取框内选择PickALL（由于前面选了次极耦

设置号唯选择1-铁芯外边加通量平行边界Preproc>loads>apply>boundary>fluxpar’lon选择注：线段颜色变1-进行模拟，进入求解 ysis设置模拟频1-激活整个模开始求Solu>Current

确认模型为二电路附加自由1-读入结果，图形显示两种结Postproc>byloadstep实数

Postproc>byload虚数1-确认线圈的直流电选择线圈区域（材料定义单元表选项(ERES)求电Postproc>elementtable>definetable从Help查询PLANE53单1-生成ERES求只选初极线圈单元：p-side组对全部激活单元的ERES求Postproc>elementtable>sumofeach选择只选择次极线圈单元 e组对全部激活单元的ERES求Postproc>elementtable>sumofeach1-电路单元结果包括线圈电功选择电路单Postproc>listresults>element为了得到实数解结果，首先重新读入实数解载荷步，重复上述列表List）操1---01-采用次极的短路结果，计算初极Zeq=式 = =+.809+j-3.39 Zeq=4.00+j16.75Ω1-瞬态分析是时变分析的一种通用非正弦输脉冲宽度调测试数据信号轨跃变电电容放交流分析不建议采用饱和需要精确的信号输模型内包含永磁在由磁体构成的致动器上加载跃变电1-对物理区域的考虑与交流分析中的要求电压与线圈输入励载压线圈的附加数面积、匝数、填充系数（轴对称面积、匝数、方向、长度、填充系数（平面电阻率RSVX(Ω-绞线圈与块导块导体的自由度耦块导体的电阻率终端条短路与开集肤区域的网格细1-致动器——采用跃变电利用前面演示章节中用到的交流致 衔器跃变电压条涡流效用自动时间步作瞬态模 每个时间步后处单自由度值（线圈电流单元数据求圆圆功率（圆环1-物理区圆线圆圆线自由空间磁导电阻ρ=.171E-7Ω电压供电线12Ω直流电400衔铁和定高电阻（无涡高电阻（无涡流H1-励 衔线–线圈加24伏跃变线时间时间1-利用trsolen宏命令生成模型元、实常数组、材 衔线命令窗口输入trsolen线1-定义组 衔环线COIL(线圈单环线RING圆环线圈区域包电流自由度电阻率RSVX为0.171E-Ω-1-Solu>apply>flag>comp.forceSolu>apply>boundary>-fluxpar’l-on线圈区域加24drop-on(24伏电压加到线圈区载压线圈的电流耦1-定义瞬态分 ysis定义将结果写入结果文件的频Solu>outputctrls>DB/results2”表示每隔一个时间1-定义载荷步时间和时间步长（子步长–Solu>time/frequenc>timeand 建议：利用前面分析的L计算L/R时间常，并放大5起始时间步长在第一时间就施加激1-完成时间和时间步长的数据输

定义允许的最大的时间步长。根据用户少个中间结果而定允许程序自定义允许的最大的时间步长。根据用户少个中间结果而定定时间步

1-开始分激活整个模Solu>current确认使用了电供电线圈选确认分析型已改1-证实结 的频，缺省只保存每个间步最后子步的结1-由于铁芯区使用了BH曲线（非线性）求解时间（秒）不断修正1-TimeHist>definevariables

用于结构分1-圈区选择一个节参考

这 圈区选择的节点节点号（自动输入该名字将显示在图形窗口应其他变量名区分开

线圈电流自由1-当前所定义变量的概总信1-图示线圈电上述定义图示线圈电1-列出最大/最小Thpost>list选择OK(缺省情况下，列出全部变量线圈电流的时间历程列表显示（值）（根据 的结果数据Thpost>list1-Elec&mag中的选Time ec&

衔铁磁力(牛环功率损失瓦1-当显示概述文件时，操作即告完1-trsol.plt图形文件可利用ANSYS中的DISPLAY实用程序观（从ANSYS启动界面进入打开图形文件file>opengraphics 按“Pl 1-trsol.plt文件中 有其他图圆环功率（瓦1-可针对分析过的某个特定时间点对整个模型进行后处通过列表显示结果文件中的数据，可确定有哪些结果可处理Postproc>results1-读入结果有多种方利用载荷步和子载荷例:载荷步1、子步10相应于时.0045时结Postproc>byload显示1-利用结果集号（set号例:载荷步1、set .0045秒的结1-如果要读入规定时刻的结果，后处理器自动在两个与所定时间最接近的结果集之间插值，例如，.005秒处的结果将用5和6结果集插值得Postproc>

这选择了插值，另一种选择是读与所定义时间最接近的结1-后处理图形中标明了与该结果相对应的1-利用PlotCtrls中的选项，可用动画模拟分析选择模型中 的部分，调整图形使动画效果最1-选择起动动1-执行动画文件: 动Utility>animation>save1-如果还没有退出求解器，就可以对后续载荷步加载和如果已退出求解器，可再进入求解器，利用重分析（restart）续分在继续分析之前，应按需要变更模型或改变边界条修改激励（改变电压值或删除）、改变材料性质（改变BH数据RSVX、MURX等改变实常数设置数据（线圈数据或独立电压源的电压1-第四第1三维电磁模1-三维（3D）在很多情况下，电磁场分析要以三维（3D）–没有完全轴对称的模

衔铁上的通气周期性截

线圈区定1-定三维（3D）模–除Z轴方向外，模型还有其他方向的电 流方向多个汇流1-三维（3D）模–具有平面和轴对称组合部件的模衔铁外形复

平面型定线圈区1-三维（3D）模 轴向非均匀的模永磁转定永磁转定

1-正如二维（2）和瞬态分析缺省的线性材料为各向同性（只赋予MURX值三维（3）材料选项包括对于所有三个方向的正交各向异性选项Mn和n（n表示、、Z三个方向）磁化曲线能用于磁导率正交各向异性的任一个方向，其余方向为常数在某正交各向异性方向应用曲线时，该方向的M应设置为零（只在正交各向异性材料中要求如此）三维单元包括远场边界单与二维模拟相同，也支持复杂组合的物理区交流分析的绞线导体与块电压与电流供复杂铁磁区1-具有模拟三维模型运动的功周期性边界条改变线圈电不相同网执行动画文件:mach3d.avi10极永磁电机，入正弦电1-单元列式直接影响到模拟的各个施加通量垂直和平行边界何为自然边界条件何为自由度约束BH数据对收敛敏感性的影νB2曲线与μH曲模拟激励的方法（绞线圈可在模型中包含铁磁模型中的铁磁-空气界后处通量计算（电动势（EMF）计算的起始点“磁力线”显1-三维（3D）标量势单元列式（静态1简化标势法(RSP)用于没有线圈的铁-差分标势法()用于具有单通量路径的铁-空气界面模型通用标势法(GS)用于具有多通量路径的铁空气界面模型单元边列式（静态、交流、瞬态)包含任意铁磁区周期对称模型必须为全模型-磁矢量(MVP列式（静态、交流、瞬态）无铁磁区如果模型中还有矢量势和界面单元INTER115，标量法能用于交流和瞬态模1-标量势单元列自由度:通量垂直边界条件MAG自由度必须被约束或耦通量平行边界条件这是自然边界条件，不要求施加。这种边界条件施加到模型边界上，不采用约束或耦合。有相应的菜单来施加标量法的通量平行条件，但只是一个注意项而已，无须使用。分析中BH曲线的使必须检查μ-H曲线，保证其是“光滑”1- Utility>plot>datatables曲线上没有波纹，求收敛性就很1-–标量势的激励是基于ot-t计算的，使用预先定义的线圈形状-ou6单元。因此，对应于线圈或杆导体的有限元区域不必直接建模（象二维磁矢势分析那样）sourc36单元的帮助文中对线圈原型定1-以ARCBAR型相组合构本章后面对此有详细描ARC型构成跑道形圈转BAR型构成跑道形线圈直1-sourc36单元定它们不要求连接成连续单三个节点用于定义线圈原型的取向和一个特征长在单元实常数中定义导体厚度和电流（安匝数），模型中所用厚度相应于导线位置而不是绝缘厚度对于图示线圈线圈长度 .05.02线圈中间点半 .10取向 沿安匝数

电流流1-单元的节点节点K处于线圈中心位置即节1节点2(0.1,0,0)即节点3(0,0.1,0)生成单元前需要定义sourc36单，该单元无单元类型选type>add/edit/delete[ADD]

NodeNodeKNode

线圈实1-常数应在生成单元前定义。选择

选择sourc36单元类型1-完成线圈定

必须为与单元相应的实常sourc36原线圈厚线圈轴向长安匝数，方向由前面幻灯片中的红箭头

DY、DZ1-先生成单元前，要设置单元属Preproc>create>elements>elem单元类实常数（如前面幻灯片所定义的Preproc>create>elements>-autonumbered-thrunodes(顺次选取节点2,3和1）如果要根据实常数中设置的尺寸来显示线圈图形，则图形设置必须变更。1-在某些情况下，要求将“增强图形”方式转换为“全图形”方注：在标 中可直接置“增强图形”（将其关闭箭头长度由绘图控制选项控PlotCtrls>style>vectorarrow1-利用改变实常数数据可改变线圈选择EDIT(初始生成的设置

将0.05改为1-应建完整的线圈组模实际上有例–线圈远离铁芯区域，对铁模型中只建立了2个1/2轴向长1-区域。可以采用简化标量势(RSP)的物理区域有铁磁区和永磁无线圈的铁磁区无铁磁介质的线1-RSP优点模拟分析为单步求相对于其它标量方式，其计算量RSP缺点“数值相消”使RSP方法在铁磁模型内不能使用1-RSP方法适用于模拟含有铁空气界面和永磁体的系统——1-差分标量(DSP)方法可用于模拟线圈与铁磁介质区相永磁无铁磁区的线限制：模型几何体必须满足单连通条件当铁芯磁导率接近于无限大则铁介质中磁场强度接近零时，可确定为单连通（）缺点求解为二步过1-线圈产生磁场控制带电粒子运

直 C形磁气1-DSP方法适合于模拟含有铁和空气界面以及sourc3610极电机的两极模三相电机的绕组截1-通用标势法适用的物理模型Sourc36单元可与铁磁区相磁体励通量条件可以定义通量（可在无铁芯介质的模型采用Sourc36单限制：模型几何体必须满足多连通条若当铁介质磁导率为无限大时，铁芯内磁场并不接近变压器、导磁体、具有多通量路径的模型等）缺点要分三步求1-实例：当铁芯磁导率变大时磁场不为零连通）闭合磁路电感线1-模拟远场区域的模型有二种远场边界单元(infin47这是一个“壳”形单元，可用“esurf”生模型外表面不要求设置其它标远场自由空从帮助（Help）看infin47单1-砖型单本单元比使用infin47更精单元的外表面要求设置标Preproc>loads>apply>flags>-infinitesurface-on1-单元边列式是一种最先进的用于模拟三维（3）复杂铁磁模型的计算方法自由度：AZ(VOLT用于交流或瞬态分析通量垂直条件这是自然边界条件，不要求施加。这种条件加到模型边界，不用约束和耦合通量平行边界条AZ自由度必须加约模拟时使用BH曲νB2曲线必须确认为“光滑

中间节1-利用线圈励磁的模型与二维（2模拟相似：线圈区域必须为有限元网格.电流密度有三个分量这些分量对应于单元坐标轴方任意直角坐标任意圆柱坐标总体坐标

直段部分用总体坐标1-3DMVP列自由度：AX、AY、AZ(VOLT用于交流或瞬态分析通量垂直边界条件这是自然边界条件，但是，垂直于边界的分量必须设为零X-Y平面,AZ必须约束为,Y-Z平面,AX必须约束为1-通量平行边界条模型平面内的A分量必须设置为X-Y平面,AX和AY必须约束为X-Z平面,AX和AZ必须约束为,1-三维应Coil-air-PermMagnet-air-Coil-PermMagnet-air-1-BoundaryBoundary1-模拟中使用BH曲νB2曲线必须确认为“光滑有限单元模型.电流密度有三个分量：JSX、JSY和1-本章包括下面实例，以显示三维模拟能DSP方法求

三维致动静态模单元边方法求块导体内的三维交流模单元边方法求

1-1-问题描 1/4对线圈为电流供线圈为绞线型导分析顺施加边界条进行求后处计算磁动能

三维直流衔接磁衔 定安装1-ZYX物理ZYX定BH数衔BH数线自由空间μr空自由空间μr励磁1,500安对称平X-Z:通量垂X-Y平面:通量平单位:1-在命令窗口输入keeper来建模型信单元类型:标量势单单元组件ARMATURE(衔铁单元线圈尺寸和参线圈长度线圈中心X=线圈中心Y=

1-线圈详细数必须生成整个线利用RACETRACK宏命

线圈X、Y轴的原 圈中

线圈输 参 1-在利RACETRACK宏命令生成线圈前，YXZ 把原点移到线圈中心位置坐标YXZUtility>workplane>offset（在命令窗口输入xcc,0,0并回车线圈中1-旋转工作平面，定向工作平面的Z工作平面本来平行于总体坐YXZ需绕X轴旋转YXZ首先移动滑块首先移动滑块到需要的工作平Z轴方1-建跑道形线((安匝数“Full”线圈利用线圈+Z轴右手定则决定线圈电流方1-在Y=0Solu>apply>boundary>-fluxnormal-onareasPickall1-对衔铁施加力计算标Solu>apply>flag>comp. 选择开始求推荐选择YES非线圈数据不1-观察衔铁安装孔的影显示磁场强度Postproc>plotresults>nodal1-磁动势磁动势计算衔铁磁动势（MMF最好在X-Y平面(Z=0)选择节点平 选择与这些节点相连的单定义路选择路径上的点以选择

第1第2第31-计算Postproc>elec&mag

路径点之间采样点1-新路重复这过程计算定新路以前的路1-重复计算空气隙两边的两个节点面的路径计算中总MMF：每部分乘以系数部 衔 定

37%1-得到衔铁作用 DSP是二步求解，最一步才是完全衔铁总磁力为X方向力乘以

这些分量与未建模型产生的力相1-三维电磁模1-三维直流致动器实例三维直流致动器实例-TEAM20问题 1/4对线圈为电流供线圈为绞型导分析顺施加边界条执行模后处计算计算电单位1-物理区定μr=衔μr=线自由空间μr空自由空μr励磁3,000安平面对称-通量平Y-Z平X-Z平

电流方XYXY原1-在命令窗口输入team20建模型信单元类型:边单元列式励磁线圈:线圈要建线圈横截面积ACOND参线圈全部单元加载电流密单元组件线圈单元组件名:衔铁单元组件名 1-线圈区加载电流密按单元坐标系加载电流密线圈区单元可用不同单元坐标线圈转角部分用柱坐标(E