电磁场基础知识第三章-

电磁场基础知识第三章-第1页，课件共83页，创作于2023年2月10Ω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2第2页，课件共83页，创作于2023年2月Circ124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第3页，课件共83页，创作于2023年2月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第4页，课件共83页，创作于2023年2月建立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第5页，课件共83页，创作于2023年2月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第6页，课件共83页，创作于2023年2月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第7页，课件共83页，创作于2023年2月建电阻器..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第8页，课件共83页，创作于2023年2月建电感器..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第9页，课件共83页，创作于2023年2月建电容器..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第10页，课件共83页，创作于2023年2月到这里，建模就完成了电路单元的每一个闭合回路要求约束电压（VOLT）自由度（接地）

Preproc>loads>apply>boundary>-voltage-onnodes选取回路中的任何一个节点 选择OK11第11页，课件共83页，创作于2023年2月执行求解

Solu>newanalysis[Harmonic]设置激励频率

Solu>time/frequenc>freqandsubstps选择OK Solu>currentLS选择OK12第12页，课件共83页，创作于2023年2月为获取电路单元结果，可列表显示单元解缺省状态下的激活结果为虚数解

Postproc>listresults>elementsolution选择OK13第13页，课件共83页，创作于2023年2月虚数分量求解结果14第14页，课件共83页，创作于2023年2月为获取电路单元结果，可列表显示单元解必须读入实数解

Postproc>-readresults-byloadstep选择[REAL]选择OK Postproc>listresults>elementsolution15第15页，课件共83页，创作于2023年2月实数分量求解结果16第16页，课件共83页，创作于2023年2月2D变压器应用实例问题描述变压器初极构成如下:2Ω直流电阻1080匝变压器次极构成如下:.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不同材料17第17页，课件共83页，创作于2023年2月分析过程利用对称性模拟次极短路情况建立电路模型实常数设置耦合进行交流分析后处理电流功率18第18页，课件共83页，创作于2023年2月物理区域描述铁区导磁叠片铁芯，无须考虑集肤效应线圈区绞线圈(无集肤效应)导电率随温度的增加而增加初极由独立电压源（IVS）驱动次极短路全部边线通量平行19第19页，课件共83页，创作于2023年2月材料性质

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第20页，课件共83页，创作于2023年2月用in_tran宏建立变压器对称的一半模型在命令行输入：

in_tran变压器模型铁芯叠片:材料2空气隙初极次极21第21页，课件共83页，创作于2023年2月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用于两个线圈区域两个线圈的横截面积相同，并用参数ACOND定义单元类型222第22页，课件共83页，创作于2023年2月电路单元条件初极 由一个独立电压源(IVS)单元提供激励载荷用一个绞线圈将独立电压源(IVS)连接到有限元区域上次极用一个小电阻模拟短路条件用一个绞线圈将电阻连接到有限元区域上要求在单元类型选项中激活这些自由度23第23页，课件共83页，创作于2023年2月线圈区域单元类型的自由度选项必须激活

Preproc>elementtype>-add/edit/delete [OPTIONS]选择OK线圈单元类型号要求选取这些自由度24第24页，课件共83页，创作于2023年2月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值次边(s-边)实常数设置号2原边(p-边)实常数为125第25页，课件共83页，创作于2023年2月对于平面模型，绞线圈实常数数据组成如下区域截面积(CARE)=线圈单元的总面积（可用面积求和）匝数(TURN)长度:必须为折合长度(LENG)电流正方向（“进”或“出”平面方向）（RIRZ）线圈填充系数(FILL)（随后计算）线圈单元图26第26页，课件共83页，创作于2023年2月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（例题所示）平面截面线圈填充系数表达式为：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可能需作适当调整，以计及终端绕组的影响）

A=线圈区域单元面积(m2)Rcoil=单个线圈电阻(Ω)27第27页，课件共83页，创作于2023年2月对于初极线圈

N=1080L=.07mρ=.2E-7Ω-mRcoil=2ΩA=ACOND=.00125m2

Cf=.07258(对应于一个线槽内的整个线圈)对于次极线圈

N=108L=.07mρ=.2E-7Ω-mRcoil=.02ΩA=ACOND=.00125m2

Cf=.653184(对应于一个线槽内的整个线圈)

28第28页，课件共83页，创作于2023年2月这些值输入到每个线圈的实常数组中初极线圈，实常数组设置为1

Preproc>realconstants>选择EDIT对应于初极线圈对应于初极线圈选择OK29第29页，课件共83页，创作于2023年2月在实常数1中，输入初极线圈数据线圈区单元类型号选择APPLY(输入次极线圈数据)30第30页，课件共83页，创作于2023年2月在实常数组2中输入次极线圈数据选择OK31第31页，课件共83页，创作于2023年2月建电路单元工作平面处于屏幕中心

Preproc>create>circuit>centerWP建初极独立电压源IVS ..Circuit>indpvltgsrc>AC/DCharmonic变压器有限元区首先，鼠标选取起始节点其次，鼠标选取终止节点最后，鼠标点取电路单元的偏置位置32第32页，课件共83页，创作于2023年2月峰值（电压）相位角（度）电路单元标志号选择OK注:完成此窗口后，才显示实际电路单元第三个位置选取后输入:33第33页，课件共83页，创作于2023年2月建立绞线圈单元(SCE)，将plane53单元构成的线圈截面与独立电压源（IVS）相连接..Circuit>strndcoil- 首先，鼠标选取SCE连接到IVS的一端第二，鼠标选取SCE连接到IVS的另一端第三，用鼠标选取SCE的偏置位置最后的鼠标点取将SCE连接到有限元区的横截面上，该单元必须为初极的有限元单元建初极线圈

34第34页，课件共83页，创作于2023年2月绞线圈单元的附加信息标志各个SCE允许SCE改变已定义好的实常数值选择OK35第35页，课件共83页，创作于2023年2月建电阻（1E-8欧姆），模拟短路 ..Circuit>resistor鼠标第一次选取鼠标第二次选取鼠标第三次选取电阻器识别号和电阻值选择OK建次极电路36第36页，课件共83页，创作于2023年2月建SCE，将次极电路与电阻器(RES)相连接鼠标第一次选取将SCE连接到RES鼠标第二次选取鼠标第三次选取最后的鼠标点取将SCE连接到次极单元采用与前面定义过的绞线圈相同的数据选择OK用户线路设备标识图37第37页，课件共83页，创作于2023年2月每个独立回路必须约束VOLT自由度

Preproc>loads>apply-electric-boundary>-voltage-onnodes每个独立回路选一个节点选择OK窗口输入“0”选择OK38第38页，课件共83页，创作于2023年2月选择APPLY线圈区要求耦合CURR和EMF自由度以使电流守恒，以及使绕组电流均匀分布初极利用P-SIDE组件选取初极单元节点在初极生成两组耦合

Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF选择PickALL39第39页，课件共83页，创作于2023年2月在选取框内选择PickALL（由于由于前面选了APPLY）选择OK设置号必须不相同选择OK初极耦合40第40页，课件共83页，创作于2023年2月对初极必须生成相同类型的耦合组利用组件S-SIDE选择次极节点对次极生成两组耦合

Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF选择PickALL选择APPLY设置号必须唯一41第41页，课件共83页，创作于2023年2月在选取框内选择PickALL（由于前面选了APPLY）设置号唯一次极耦合选择OK42第42页，课件共83页，创作于2023年2月铁芯外边加通量平行边界条件

Preproc>loads>apply>boundary>fluxpar’lonlines选择OK注：线段颜色变亮43第43页，课件共83页，创作于2023年2月进行模拟，进入求解器

Solu>newanalysis[HARMONIC]设置模拟频率

Solu>time/frequenc>freq&substps选择OK44第44页，课件共83页，创作于2023年2月激活整个模型Utility>select>everything开始求解Solu>CurrentLS确认模型为二维电路附加自由度选择OK45第45页，课件共83页，创作于2023年2月读入结果，图形显示两种结果Postproc>byloadstep[REAL]实数解Postproc>byload[IMAGINARY]虚数解46第46页，课件共83页，创作于2023年2月确认线圈的直流电阻选择线圈区域（材料3）定义单元表选项(ERES)求电阻

Postproc>elementtable>definetable[ADD]从Help查询PLANE53单元47第47页，课件共83页，创作于2023年2月生成ERES求和只选初极线圈单元：p-side组件对全部激活单元的ERES求和

Postproc>elementtable>sumofeachitem选择OK只选择次极线圈单元：s-side组件对全部激活单元的ERES求和

Postproc>elementtable>sumofeachitem选择OK48第48页，课件共83页，创作于2023年2月电路单元结果包括:线圈电流功率选择电路单元Postproc>listresults>elementsolution选择OK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）操作49第49页，课件共83页，创作于2023年2月功率(W)电流(A)50第50页，课件共83页，创作于2023年2月采用次极的短路结果，计算初极阻抗

Zeq=Vp/Isc式中

Vp=60

Isc=+.809+j-3.39(A)Zeq=4.00+j16.75Ω51第51页，课件共83页，创作于2023年2月瞬态分析瞬态分析是时变分析的一种通用方式非正弦输入脉冲宽度调制测试数据信号轨迹跃变电压电容放电交流分析不建议采用饱和材料需要精确的信号输出模型内包含永磁体在由磁体构成的致动器上加载跃变电压52第52页，课件共83页，创作于2023年2月对物理区域的考虑与交流分析中的要求相同电压与线圈输入励磁载压线圈的附加数据面积、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-m)绞线圈与块导体 块导体的自由度耦合块导体的电阻率RSVX终端条件短路与开路集肤区域的网格细化53第53页，课件共83页，创作于2023年2月致动器——采用跃变电压利用前面演示章节中用到的交流致动器跃变电压条件涡流效应用自动时间步作瞬态模拟数据贮存控制，有效地控制资源利用每个时间步后处理单自由度值（线圈电流）单元数据求和力功率（圆环）衔铁圆环线圈54第54页，课件共83页，创作于2023年2月物理区域圆环自由空间磁导率电阻率ρ=.171E-7Ω-m电压供电线圈12Ω直流电阻400匝衔铁和定子高电阻（无涡流）导磁率—使用BH磁化曲线圆环线圈衔铁定子H(A/m)B(T)55第55页，课件共83页，创作于2023年2月励磁线圈加24伏跃变电压时间（S）电压(V)24圆环线圈衔铁56第56页，课件共83页，创作于2023年2月利用trsolen宏命令生成模型、单元、实常数组、材料命令窗口输入trsolen建模

圆环线圈衔铁57第57页，课件共83页，创作于2023年2月定义组件COIL(线圈单元)ARMATURE(衔铁)RING(圆环)线圈区域包括电流自由度（CURR）实常数(4)、400匝、24Ω电阻率RSVX为0.171E-7Ω-m环线圈衔铁58第58页，课件共83页，创作于2023年2月完成边界条件设置施加衔铁力标志

Solu>apply>flag>comp.force[ARMATURE]模型边界平行边界条件

Solu>apply>boundary>-fluxpar’l-onlines线圈区域加24伏电压

Solu>apply>excitation>-voltage drop-onareas

(24伏电压加到线圈区)载压线圈的电流耦合59第59页，课件共83页，创作于2023年2月定义瞬态分析

Solu>newanalysis[TRANSIENT]选择OK定义将结果写入结果文件的频度

Solu>outputctrls>DB/resultsfile控制将结果写入结果文件的频度，“2”表示每隔一个时间子步写入一次结果文件选择OK60第60页，课件共83页，创作于2023年2月定义载荷步时间和时间步长（子步长）Solu>time/frequenc>timeandsubstps建议：利用前面分析中的L计算L/R时间常数，并放大5倍起始时间步长为.01/40在第一时间步就施加激励61第61页，课件共83页，创作于2023年2月允许程序自动确定时间步长定义允许的最小时间步长，时间步长由场的变化速度来控制定义允许的最大的时间步长。根据用户在后处理中绘图或列表时，要求观察多少个中间结果而定设为“yes”表示允许在瞬态分析中使用前一时间步的时间步长步开始进行下一载荷步的分析选择OK完成时间和时间步长的数据输入62第62页，课件共83页，创作于2023年2月开始分析激活整个模型Solu>currentLS确认分析类型已改变确认使用了电压供电线圈选项63第63页，课件共83页，创作于2023年2月确认时间和时间步控制的输入数据证实结果存储的频度，缺省只保存每个时间步最后子步的结果64第64页，课件共83页，创作于2023年2月选择OK由于铁芯区使用了BH曲线（非线性），在求解过程中会显示收敛范数求解时间（秒）在不断修正的65第65页，课件共83页，创作于2023年2月对整个分析过程的线圈电流进行后处理

TimeHist>definevariables[ADD]线圈节点的CURR自由度可以显示线圈电流的时间历程选择OK用于结构分析66第66页，课件共83页，创作于2023年2月在线圈区选择一个节点这是在线圈区选择的节点的节点号（自动输入）线圈电流自由度参考号>1选择OK该名字将显示在图形窗口中，应其他变量名区分开来67第67页，课件共83页，创作于2023年2月当前所定义变量的概总信息选择CLOSE68第68页，课件共83页，创作于2023年2月图示线圈电流选择OK可选择输入其他变量（采用相同标度）上述定义的参考号69第69页，课件共83页，创作于2023年2月列出最大/最小值

Thpost>listextremes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（随时间变化值）（根据所贮存的结果数据）

Thpost>listvariables选择OK70第70页，课件共83页，创作于2023年2月在每个时间步需要进行单元求和的项目，必须使用Elec&mag中的选项

TimeHist>elec&mag>magnetics概述文件和图形文件名衔铁磁力(牛)环功率损失（瓦）71第71页，课件共83页，创作于2023年2月当显示概述文件时，操作即告完成72第72页，课件共83页，创作于2023年2月trsol.plt图形文件可利用ANSYS中的DISPLAY实用程序观察（从ANSYS启动界面进入） 1)打开图形文件trsol.plt file>opengraphicsfile[trsol.plt] 2)按“Plotnext”73第73页，课件共83页，创作于2023年2月trsol.plt文件中还贮存有其他图形10-1圆环功率（瓦）74第74页，课件共83页，创作于2023年2月可针对分析过的某个特定时间点对整个模型进行后处理通过列表显示结果文件中的