ANSYS电磁场培训手册42

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，建模模就完成了电路单元的每每一个闭合回回路要求约束束电压（VOLT）自由度（接地地）Preproc>loads>apply>boundary>-voltage-onnodes选取回路中的的任何一个节节点选择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μr=1空气铁次极线圈初极线圈20用in_tran宏建立变压器器对称的一半半模型在命令行输入入：in_tran变压器模型铁芯叠片:材材料2空气隙初极次极21模型数据组件初极线圈p-side(单元+节点)次极线圈s-side(单元+节点)单元类型2用于两个个线圈区域两个线圈的横横截面积相同同，并用参数数ACOND定义单元类型222电路单元条件件初极由一个独立电电压源(IVS)单元提供激励励载荷用一个绞线圈圈将独立电压压源(IVS)连接到有限元元区域上次极用一个小电阻阻模拟短路条条件用一个绞线圈圈将电阻连接到有限元元区域上要求在单元类类型选项中激激活这些自由由度23线圈区域单元元类型的自由由度选项必须须激活Preproc>elementtype>-add/edit/delete[OPTIONS]选择OK线圈单元类型型号要求选取这些些自由度24每个线圈必须须输入实常数数数据，使之之符合于指定定的直流电阻阻值次边(s-边)实常数数设置号2原边(p-边)实常常数为125对于平面模型型，绞线圈实实常数数据组组成如下区域截面积(CARE)=线圈单元的总总面积（可用用面积求和））匝数(TURN)长度:必必须为为折合合长度度(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只有一一个截截面模模拟整整个线线圈电电阻，，那么么这个个截面面必须须相应应于线线圈电电阻（（例题题所示示）平面截截面线线圈填填充系系数表表达式式为：：ARcoilCf=

N2ρL式中N=线圈匝匝数ρ=电阻率率(Ω-M)L=折合长长度(M)(折合长长度L可能需需作适适当调调整，，以计计及终终端绕绕组的的影响响）A=线圈区区域单单元面面积(m2)Rcoil=单个线线圈电电阻(Ω)27对于初初极线线圈N=1080L=.07mρρ=.2E-7ΩΩ-mRcoil=2ΩΩA=ACOND=.00125m2Cf=.07258(对应于于一个个线槽槽内的的整个个线圈圈)对于次次极线线圈N=108L=.07mρρ=.2E-7ΩΩ-mRcoil=.02ΩΩA=ACOND=.00125m2Cf=.653184(对应于于一个个线槽槽内的的整个个线圈圈)28这些值值输入入到每每个线线圈的的实常常数组组中初极线线圈，，实常常数组组设置置为1Preproc>realconstants>选择EDIT对应于于初极极线圈圈对应于于初极极线圈圈选择OK29在实常常数1中，，输入入初极极线圈圈数据据线圈区区单元元类型型号选择APPLY(输入次次极线线圈数数据)30在实常常数组组2中中输入入次极极线圈圈数据据选择OK31建电路路单元元工作平平面处处于屏屏幕中中心Preproc>create>circuit>centerWP建初极极独立立电压压源IVS..Circuit>indpvltgsrc>AC/DCharmonic变压器器有限限元区区首先，，鼠标标选取取起始始节点点其次，，鼠标标选取取终止止节点点最后，，鼠标标点取取电路路单元元的偏偏置位位置32峰值（（电压压）相位角角（度度）电路单单元标标志号号选择OK注:完成此此窗口口后，，才显显示实实际电电路单单元第三个个位置置选取取后输输入:33建立绞绞线圈圈单元元(SCE)，，将plane53单元构构成的的线圈圈截面面与独独立电电压源源（IVS）相连接接..Circuit>strndcoil-首先，，鼠标标选取取SCE连接到到IVS的一端端第二，，鼠标标选取取SCE连接到到IVS的另一一端第三，，用鼠鼠标选选取SCE的偏置置位置置最后的的鼠标标点取取将SCE连接到到有限限元区区的横横截面面上，该单元元必须须为初初极的的有限限元单单元建初极极线圈圈34绞线圈圈单元元的附附加信信息标志各各个SCE允许SCE改变已已定义义好的的实常常数值值选择OK35建电阻阻（1E-8欧姆）），模模拟短短路..Circuit>resistor鼠标第第一次次选取取鼠标第第二次次选取取鼠标第第三次次选取取电阻器器识别别号和和电阻阻值选择OK建次极极电路路36建SCE，将次极极电路路与电电阻器器(RES)相连接接鼠标第第一次次选取取将SCE连接到到RES鼠标第第二次次选取取鼠标第第三次次选取取最后的的鼠标标点取取将SCE连接到到次极极单元元采用与与前面面定义义过的的绞线线圈相相同的的数据据选择OK用户线线路设设备标标识图图37每个独独立回回路必必须约约束VOLT自由度度Preproc>loads>apply-electric-boundary>-voltage-onnodes每个独独立回回路选选一个个节点点选择OK窗口输输入“0””选择OK38选择APPLY线圈区区要求求耦合合CURR和EMF自由度度以使使电流流守恒恒，以以及使使绕组组电流流均匀匀分布布初极利用P-SIDE组件选选取初初极单单元节节点在初极极生成成两组组耦合合Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF选择PickALL39在选取取框内内选择择PickALL（（由于由由于前前面选选了APPLY）选择OK设置号号必须须不相相同选择OK初极耦耦合40对初极极必须须生成成相同同类型型的耦耦合组组利用组组件S-SIDE选择次次极节节点对次极极生成成两组组耦合合Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF选择PickALL选择APPLY设置号号必须须唯一一41在选取取框内内选择择PickALL（（由于前前面选选了APPLY）设置号号唯一一次极耦耦合选择OK42铁芯外外边加加通量量平行行边界界条件件Preproc>loads>apply>boundary>fluxpar’’lonlines选择OK注：线线段颜颜色变变亮43进行模模拟，，进入入求解解器Solu>newanalysis[HARMONIC]设置模模拟频频率Solu>time/frequenc>freq&substps选择OK44激活整整个模模型Utility>select>everything开始求求解Solu>CurrentLS确认模型为为二维电路附加自自由度选择OK45读入结果，，图形显示示两种结果果Postproc>byloadstep[REAL]实数解Postproc>byload[IMAGINARY]虚数解46确认线圈的的直流电阻阻选择线圈区区域（材料料3）定义单元表表选项(ERES)求电阻Postproc>elementtable>definetable[ADD]从Help查询PLANE53单元47生成ERES求和只选初极线线圈单元：：p-side组件对全部激活活单元的ERES求和Postproc>elementtable>sumofeachitem选择OK只选择次极极线圈单元元：s-side组件对全部激活活单元的ERES求和Postproc>elementtable>sumofeachitem选择OK48电路单元结结果包括:线圈电流功率选择电路单单元Postproc>listresults>elementsolution选择OK为了得到实实数解结果果，首先重重新读入实实数解载荷荷步，重复复上述列表表（List）操作49功率(W)电流(A)50采用次极的的短路结果果，计算初初极阻抗Zeq=Vp/Isc式中Vp=60Isc=+.809+j-3.39(A)Zeq=4.00+j16.75Ω51瞬态分析瞬态分析是是时变分析析的一种通通用方式非正弦输入入脉冲宽度调调制测试数据信信号轨迹跃变电压电容放电交流分析不不建议采用用饱和材料料需要精确的的信号输出出模型内包含含永磁体在由磁体构构成的致动动器上加载载跃变电压压52对物理区域域的考虑与与交流分析析中的要求求相同电压与线圈圈输入励磁磁载压线圈的的附加数据据面积、匝数数、填充系系数（轴对对称）面积、匝数数、方向、、长度、填填充系数（（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电压条条件涡流效效应用自动动时间间步作作瞬态态模拟拟数据贮贮存控控制，，有效效地控控制资资源利利用每个时时间步步后处处理单自由由度值值（线线圈电电流））单元数数据求求和力功率（（圆环环）衔铁圆环线圈54物理区区域圆环自由空空间磁磁导率率电阻率率ρ=.171E-7ΩΩ-m电压供供电线线圈12Ω直流电电阻400匝衔铁和和定子子高电阻阻（无无涡流流）导磁率率—使使用BH磁化曲曲线圆环线圈衔铁定子H(A/m)B(T)55励磁线圈加加24伏跃跃变电电压时间（（S）电压(V)24圆环线圈衔铁56利用trsolen宏命令令生成成模型型、单单元、、实常常数组组、材材料命令窗窗口输输入trsolen建模圆环线圈衔铁57定义组组件COIL(线圈单单元)ARMATURE(衔铁)RING(圆环)线圈区区域包包括电流自自由度度（CURR））实常数数(4)、、400匝匝、24Ω电阻率率RSVX为0.171E-7ΩΩ-m环线圈衔铁58完成边边界条条件设设置施加衔衔铁力力标志志Solu>apply>flag>comp.force[ARMATURE]模型边边界平平行边边界条条件Solu>apply>boundary>-fluxpar’l-onlines线圈区区域加加24伏电电压Solu>apply>excitation>-voltagedrop-onareas(24伏电压压加到到线圈圈区)载压线线圈的的电流流耦合合59定义瞬瞬态分分析Solu>newanalysis[TRANSIENT]选择OK定义将将结果果写入入结果果文件件的频频度Solu>outputctrls>DB/resultsfile控制将将结果果写入入结果果文件件的频频度，，“2”表示每每隔一一个时时间子子步写写入一一次结结果文文件选择OK60定义载载荷步步时间间和时时间步步长（（子步步长））Solu>time/frequenc>timeandsubstps建议：：利用用前面面分析析中的的L计算L/R时间常常数，，并放放大5倍起始时时间步步长为为.01/40在第一一时间间步就就施加加激励励61允许程程序自自动确确定时时间步步长定义允允许的的最小小时间间步长长，时时间步步长由由场的的变化化速度度来控控制定义允允许的的最大大的时时间步步长。。根据据用户户在后后处理理中绘绘图或或列表表时，，要求求观察察多少少个中中间结结果而而定设为“yes”表示允允许在在瞬态态分析析中使使用前前一时时间步步的时时间步步长步步开始始进行行下一一载荷荷步的的分析析选择OK完成时时间和和时间间步长长的数数据输输入62开始分分析激活整整个模模型Solu>currentLS确认分分析类类型已已改变变确认使使用了了电压压供电电线圈圈选项项63确认时时间和和时间间步控控制的的输入入数据据证实结结果存存储的的频度度，缺缺省只只保存存每个个时间间步最最后子子步的的结果果64选择OK由于铁铁芯区区使用用了BH曲线（（非线线性）），在在求解解过程程中会会显示示收敛敛范数数求解时时间（（秒））在不不断修修正的的65对整个个分析析过程程的线线圈电电流进进行后后处理理TimeHist>definevariables[ADD]线圈节节点的的CURR自由度度可以以显示示线圈圈电流流的时时间历历程选择OK用于结结构分分析66在线圈圈区选选择一一个节节点这是在在线圈圈区选选择的的节点点的节节点号号（自自动输输入））线圈电电流自自由度度参考号号>1选择OK该名字字将显显示在在图形形窗口口中，，应其其他变变量名名区分分开来来67当前所所定义义变量量的概概总信信息选择CLOSE68图示线线圈电电流选择OK可选择择输入入其他他变量量（采采用相相同标标度））上述定定义的的参考考号69列出最最大/最小小值Thpost>listextremes选择OK(缺省情情况下下，列列出全全部变变量)线圈电电流的的时间间历程程列表表显示示（随随时间间变化化值））（根根据所所贮存存的结结果数数据））Thpost>listvariables选择OK70在每个个时间间步需需要进进行单单元求求和的的项目目，必必须使使用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实用用程程序序观观察察（（从从ANSYS启动动界界面面进进入入））1)打开开图图形形文文件件trsol.pltfile>opengraphicsfile[trsol.plt]2)按“Plotnext”73trsol.plt文件件中中还还贮贮存存有有其其他他图图形形10-1圆环环功功率率（（瓦瓦））74可针针对对分分析析过过的的某某个个特特定定时时间间点点对对整整个个模模型型进进行行后后处处理理通过过列列表表显显示示结结果果文文件件中中的的数数据据，，可可确确定定有有哪哪些些结结果果可可处处理理Postproc>resultssummary75读入入结结果果有有多多种种方方法法1)利用用载载荷荷步步和和子子载载荷荷步步例:载载荷荷步步1、、子子步步10相相应应于于时时间间=.0045时的的结结果果Postproc>byloadstep选择择OK显示示BSUM762)利利用用结结果果集集号号（（set号））例:载载荷荷步步1、、set5读取取.0045秒的的结结果果773)如果果要要读读入入规规定定时时刻刻的的结结果果，，后后处处理理器器自自动动