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Ansys 电磁场分析经典教程.pdf

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ANSYS 电磁场 分析 经典 教程
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目 录 第 一 章 电 磁 场 仿 真 简 介……………………………………….... …….... …….... …….... …….... 第 二 章 二 维 静 态 分 析 第1 节……………………………………………………………………………..… 第2 节……………………………………………………………….……….……… 第3 节…………………………………………………………………….….……… 第4 节…………………………………………………………………………..…… 第5 节……………………………………………………………………………..… 第 三 章 二 维 谐 波 和 瞬 态 分 析 第1 节…………………………………………………………………………….…. 第2 节…………………………………………………………………...………….. 第 四 章 三 维 电 磁 场 分 析 第1 节…………………………………………………………………………...….… 第2 节…………………………………………………………………….……….... 第3 节………………………………………………………………….…..…….…. 第4 节………………………………………………………………….……...……. 第5 节…………………………………………………………………….…...……. 第 五 章 耦 合 场 分 析 概 况…………………………………………………………………………….. 1-4 2.1-1 2.2-1 2.3-1 2.4-1 2.5-1 3.1-1 3.2-1 4.1-1 4.2-1 4.3-1 4.4-1 4.5-1 5-1第 一 章 教 程 综 述? ANSYS/EMAG 能 用 于 模 拟 工 业 电 磁 装 置 ? 电 磁 装 置 当 然 是3 维 , 但 可 简 化 为2 维 模 型 。 ? 模 拟 可 考 虑 为 : – 稳 态 – 交 流 ( 谐 波 ) – 时 变 瞬 态 ? 阶 跃 电 压 ? PWM( 脉 宽 调 制 ) (Pulse Width Modulation) ? 任 意? 利 用 轴 对 称 衔 铁 和 平 面 定 子 设 计 致 动 器 的 一 个 实 例 – 衔 铁 旋 转 – 衔 铁 气 隙 可 变 化 ? 完 整 模 型 由2 个 独 立 部 件 组 成 – 衔 铁 模 块 – 定 子 模 块 执 行: solen3d.avi 看 动 画模 拟 过 程 概 述 ? 利 用 如 下 方 式 观 察 装 置 – 2D 与3D – 平 面 与 轴 对 称 – 利 用 轴 对 称 平 面 简 化 模 型 ? 定 义 物 理 区 域 – 空 气 , 铁 , 永 磁 体 等 等 – 绞 线 圈 , 块 导 体 – 短 路 , 开 路 ? 为 每 个 物 理 区 定 义 材 料 – 导 磁 率 ( 常 数 或 非 线 性 ) – 电 阻 率 – 矫 顽 磁 力 , 剩 余 磁 感 应 衔 铁 线 圈 锭 子 实 体 模 型? 建 实 体 模 型 ? 给 模 型 赋 予 属 性 以 模 拟 物 理 区 ? 赋 予 边 界 条 件 – 线 圈 激 励 – 外 部 边 界 – 开 放 边 界 ? 实 体 模 型 划 分 网 格 ? 加 补 充 约 束 条 件 ( 如 果 有 必 要 ) – 周 期 性 边 界 条 件 – 连 接 不 同 网 格 有 限 元 网 格? 进 行 模 拟 ? 观 察 结 果 – 某 指 定 时 刻 – 整 个 时 间 历 程 ? 后 处 理 – 磁 力 线 – 力 – 力 矩 – 损 耗 – MMF ( 磁 动 势 ) – 电 感 – 特 定 需 要? 模 拟 由3 个 区 域 组 成 ? 衔 铁 区: 导 磁 材 料 导 磁 率 为 常 数 ( 即 线 性 材 料 ) ? 线 圈 区: 线 圈 可 视 为 均 匀 材 料. ? 空 气 区: 自 由 空 间 (μ r = 1) . 衔 铁 线 圈性 质 柱 体: μ r = 1000 线 圈: μ r = 1 匝 数: 2000 ( 整 个 线 圈) 空 气: μ r = 1 激 励 线 圈 励 磁 为 直 流 电 流: 2 安 培 单 位 (mm) 衔 铁 Coil 长 度=35 Y X 模 型 轴 对 称 材 料 号 2 材 料 号3? 建 模 – 设 置 电 磁 学 预 选 项 ( 过 滤 器 ) – 对 各 物 理 区 定 义 单 元 类 型 – 定 义 材 料 性 质 – 对 每 个 物 理 区 定 义 实 体 模 型 ? 铁 芯 ? 线 圈 ? 空 气 – 给 各 物 理 区 赋 材 料 属 性 – 加 边 界 条 件? 设 置 预 选 过 滤 掉 其 它 应 用 的 菜 单 Main menu>preferences ? 选 择OK? 定 义 所 有 物 理 区 的 单 元 类 型 为 PLANE53 Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete ? 选 择 Add ? 选 择 磁 矢 量 和8 节 点53 号 单 元 ? 选 择 OK? 模 拟 模 型 的 轴 对 称 形 状 ? 选 择Options ( 选 项 ) ? Element behavior ( 单 元 行 为 ) ? 选 择 Axisymmetric ( 轴 对 称 ) ? 选 择OK? 定 义 材 料 Preprocessor>Material Props>Isotropic ? 定 义 空 气 为 1 号 材 料(MURX = 1) ? 选 择 Apply ( 自 动 循 环 地 定 义 下 一 个 材 料 号 ) ? 选 择OK? 定 义 衔 铁 为2 号 材 料 当前无法显示此图像。 ? 选 择OK ? 选 择 Apply ( 自 动 循 环 地 选 择 下 一 个 材 料 号 )? 定 义 线 圈 为3 号 材 料 ( 自 由 空 间 导 磁 率 ,MURX=1) ? 选 择 OK ? 选 择 OK ( 退 出 材 料 数 据 输 入 菜 单 )? 建 立 衔 铁 面 Preprocessor>Create>Rectangle>By Dimensions ? 选 择Apply ( 重 复 显 示 和 输 入) ? 建 立 线 圈 面 ? 选 择 Apply 利 用TAB 键 移 动 输 入 窗 口? 建 立 空 气 面 ? 选 择 OK 到 了 这 步 , 建 立 了 全 部 平 面 , 但 它 们 还 没 有 连 接 起 来. 衔 铁 线 圈? 用Overlap 迫 使 全 部 平 面 连 接 在 一 起 Preprocessor>Operate> Overlap>Areas ? 按Pick All 现 在 这 些 平 面 被 连 接 了 , 因 此 当 生 成 单 元 时 , 各 区 域 将 共 享 区 域 边 界 上 节 点 这 种 操 作 后 , 原 先 平 面 被 删 除 , 而 新 的 平 面 被 重 新 编 号? 这 些 平 面 要 求 与 物 理 区 和 材 料 联 系 起 来 Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Areas ? 用 鼠 标 点 取 衔 铁 平 面 ? 选 择OK ( 在 选 取 框 内 ) ? 材 料 号 窗 口 输 入2 ? 选 择 OK 对 于 没 有 明 确 定 义 属 性 的 面 , 其 属 性 缺 省 为1? 这 些 平 面 要 求 与 物 理 区 和 材 料 联 系 起 来 ? Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Areas 选 取 线 圈 平 面 ( 在 选 择 对 话 框 里 ) 点 取OK 材 料 号 窗 口 输 入3 ? 点 OK? 加 通 量 平 行 边 界 条 件 Preprocessor>loads>apply>-magnetic-boundary-flux-par’l ? 选On Lines 并 选 取 相 应 的 线 ? 选 OK “ 所 选 取 的 线” “ 所 选 取 的 线 ” 注 : 未 划 分 单 元 前 , 加 上 这 种 边 界 条 件? 生 成 有 限 元 网 格 ? 利 用 智 能 尺 寸 选 项 来 控 制 网 格 大 小 Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-smartsize-basic ? 选 择OK? Preproc>-Meshing-Mesh>-Areas-Free> 在 选 取 框 内 选 择ALL 选 择OK ? 打 开 绘 制 单 元 的 材 料 属 性 Utility>PlotCtrls>Numbering ? 选 择 OK? 力 边 界 条 件 标 志 需 要 单 元 部 件 , 即 一 组 具 有 “ 名 称 ” 的 单 元 ? 把 衔 铁 定 义 为 一 个 单 元 组 件 – 选 择 衔 铁 平 面 Utility>select>entities 用 此 选 项 在 图 形 窗 口 中 选 择 平 面 再 次 选 择 用APPLY ? 一 旦 衔 铁 已 选 好 , 选 择OK ( 在 选 取 框 内 )? 选 择 与 已 选 平 面 相 对 应 的 单 元 ? 选 择 OK ? 图 示 衔 铁 单 元 Utility>plot>elements 衔 铁 单 元 用 “ 面 ”? 使 单 元 与 衔 铁 组 件 联 系 起 来 Utility>Select>Comp/Assembly>Create Component ? 选 择 OK? 加 力 边 界 条 件 标 志 Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>Comp Force ? 选 择OK ? 施 加 两 个 标 志 , 用 两 个 不 同 的 方 法 来 计 算 力 – Maxwell’s 应 力 张 量 – 虚 功 即 使 只 有 一 种 选 项 , 也 要 鼠 标 选 取? 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 ( 变 换 系 数 =.0001) ? 使 整 个 模 型 激 活 Utility>Select>Everything ? 缩 放 平 面- 不 用 拷 贝 Preproc>operate>scale>areas ? 选 择 OK? 给 线 圈 平 面 施 加 电 流 密 度 ? 选 择 线 圈 平 面 Utility>Select>Entity ? 选 择OK ( 实 体 选 择 框) ? 选 择 线 圈 平 面 ? 选 择 OK ( 选 取 框 内)? 激 励 线 圈 要 求 电 流 密 度 , 故 要 得 到 线 圈 截 面 积. Preprocessor>Operate>Calc Geometric Items>Of Areas ? 选 择OK ? 要 用 线 圈 面 积 来 计 算 电 流 密 度 , 将 线 圈 面 积 赋 予 参 数CAREA Utility>Parameter>Get Scalar Data ? 选 择 OK? 下 面 窗 口 输 入 面 积 的 参 数 名 , 用 于 后 面 电 流 密 度 输 入 去 掉 面 号 ( 如 果 有 的 话 ) 这 相 应 于 几 何 面 积 总 和 ? 选 择 OK? 把 电 流 密 度 加 到 平 面 上 Preprocessor>Loads>Apply>Excitation>On Areas ? ( 因 为 只 激 活 了 线 圈 平 面 , 可 在 选 取 框 内 选 择Pick All ) ? 选 择 OK? 进 行 计 算 Solu>-solve-electromagnet>Opt & Solve ? 选 择OK 这 些 适 用 于 用BH 数 据 来 进 行 的 分 析 , 本 题 将 忽 略? 生 成 磁 力 线 圈 Postproc>plot results>2D flux lines ? 选 择 OK 使 用 缺 省 设 置 , 选 择OK, ( 在 通 常 情 况 下 , 可 这 样 做 ) 单 元 边 缘 围 绕 的 一 个 红 色 输 廓 表 示 该 区 域 为 同 类 材 料 号? 计 算 力 Postproc>Elec&Mag Calc>Comp. Force ? 选 择 OK 衔 铁 上 力 是 在 总 体 坐 标 系 下 表 示 的 , 此 力 的 方 向 为 使 气 隙 缩 小 必 须 用 鼠 标 选 取? 显 示 总 磁 通 密 度 值 (BSUM) Postproc>Plot Results>Nodal Solution ? 选 择 OK第 二 章 第2 节 二 维 静 磁 学EMAG 模 拟 的 概 念 ? 模 型 边 界 条 件 有: – 磁 通 量 垂 直 – 磁 通 量 平 行 – 周 期 性 对 称 * ? 偶 对 称 ? 奇 对 称 ? 根 据 单 元 方 程 式 施 加 边 界 条 件 – 矢 量(2D 或3D) – 标 量 (3D) – 基 于 单 元 边 (3D) * 在 第2 章 来 讨 论 简 单 励 磁 的 平 面 模 型 A A B 线 圈 ( 象 征 性 的 铁 芯 空 气? 在2D 静 磁 场 、 交 流 和 瞬 态 分 析 中 采 用 磁 矢 量 势 方 法(MVP) ? 此 公 式 称 为MVP , 磁 通 量 密 度(B) 等 于 矢 量 势(A) 的 旋 度 B = Curl(A) ? 对 于 二 维 情 况 ,A 只 有Z 方 向 分 量 , 在ANSYS 中 表 示 为 “AZ” 自 由 度 ? 模 型 有 二 种 边 界 条 件 描 述 – -Dirichlet 条 件 (AZ 约 束 ) : 磁 通 量 平 行 于 模 型 边 界 – Neumann 条 件 ( 自 然 边 界 条 件 ): 磁 通 量 垂 直 于 模 型 边 界? 沿A-A 通 量 平 行 边 界 条 件 需 满 足 : – 模 型 中A-A 的 左 边 和 右 边 是 相 同 的 ? 几 何 形 状 相 同 ? 材 料 属 性 相 同 – 左 边 和 右 边 励 磁 相 位 差180 度 ( 即 方 向 相 反 ) ? 对 称 平 面 边 界 条 件 – 沿A-A 必 须 加 约 束 B (1/2 ) 对 称 模 型 Pole Face A A? 半 对 称 模 型 与 全 模 型 比 较 : – 磁 通 量 密 度 是 相 同 的 – 线 圈 上Lorentz 力 是 相 同 的 – 贮 能 为 1/2 – 极 面 上 力 为 1/2 – 加 载 电 流 密 度 与 全 模 型 相 同 线 圈 ( 象 征 性 的 简 单 导 磁 体 的 半 对 称 模 型? 沿B-B 磁 通 量 垂 直 边 条 件 需 满 足 – B-B 线 上 下 两 边 如 下 参 数 是 相 同 的 ? 几 何 形 状 ? 材 料 性 质 – B-B 线 上 下 两 边 励 磁 相 同 ? 对 称 面 (B-B) 边 界 条 件 – 2D 磁 矢 量 势(MVP) 方 式 , 无 须 处 理 – 加 载 电 流 与 全 模 型 相 同 Quarter symmetry model of the simple magnetizer B? 1/4 模 型 与 全 模 型 比 较 – 磁 通 密 度 分 布 相 同 – 贮 能 为1/4 – 所 示 线 圈 上 的Lorentz 力 1/2 – 作 用 在 极 面 上 力 为1/2 励 磁 体1/4 对 称 模 型 B B? 单 元plane13 and plane53 用 于 模 拟2D 磁 场 – Plane13: 4 节 点 四 边 形 ? 耦 合 场 自 由 度 : 温 度 , 结 构 , 磁 ? 电 源 为Z 方 向 ? B 为 线 性 变 化 ? 适 用 于 : Plane13 ? 变 压 器 ? 汇 流 排 ? 传 感 器 ? 线 性 或 任 意 ? 永 磁 系 统 ? 螺 线 管 磁 体 ( 致 动 器 ) ? 直 线 或 旋 转 电 机 ? 负 载 机 械 ? 机 械 力 矩– plane53: 8 节 点 , 四 边 形 ? 耦 合 场 自 由 度: – 磁 – 与 电 路 单 元 耦 合 ? 电 流 为 Z 方 向 ? B 可 为 二 次 非 线 性 变 化 ? 通 常 情 况 下 的 推 荐 使 用 单 元 ? 适 用 于 精 度 要 求 较 高 的 分 析 – 场 量 分 析 – 大 型 机 械 力 矩 中 节 点? 定 义Plane13 的 单 元 类 型 和 单 元 选 项 Preproc>element type> add/ edit/delete ? 选 择ADD ? 选 择Plane13 用 单 元 类 型 号 给 平 面 赋 属 性 ? 选 择OK? 一 旦 定 义 单 元 类 型 , 要 选 择 单 元 选 项 ? 单 元 选 项 控 制: – 2D 直 流 模 拟 为AZ 自 由 度 – 2D 模 拟 型 式 ? 轴 对 称 ? 平 面 ? 点 取 单 元 选 项几 何 体 型 式 用 于 直 流 模 拟 ? 选 择 OK 用 于 定 义 平 面 属 性 的 参 考 号 因 为plane13 用 于 耦 合 场 模 拟 , 故 该 单 元 可 以 具 有 应 力/ 应 变 结 构 选 项– 平 面 与 轴 对 称 比 较 – 端 部 效 应 ? 平 面: 不 包 括 ? 轴 对 称: 自 动 包 括 – 正 向 电 流 方 向 相 反 线 圈 两 种 情 况 都 是 施 加 正 向 电 流 铁 板 磁 流 密 度 矢 量 显 示 铁 环 轴 对 称: +Z 电 流 方 向 进 平 面 平 面: +Z 电 流 方 向 出 平 面– 磁 力 线 描 述 ? 平 面: AZ 等 值 线 ? 轴 对 称: r AZ 等 值 线 电 枢 线 圈 定 子 平 面 或 轴 对 称 ? 平 面 或 轴 对 称 ?– 力 、 能 量 、 电 感 的 描 述 ? 平 面: 单 位 长 度 ? 轴 对 称: 整 个 圆 周 上 的 值 – 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 )? 定 义Plane53 的 单 元 类 型 和 选 项 Preproc.>element type>add/ edit/delete ? 选 择 Add ? 选 择 8 节 点Plane53 增 加 单 元 类 型 号 以 给 平 面 赋 属 性 ? 选 择 OK? 定 义 单 元 类 型 后 选 择 单 元 选 项 ? 单 元 选 项 控 制: – 绞 线 圈 电 压 加 载 选 项 * – 连 接 电 路 单 元 与 有 限 元 区* – 模 拟 运 动 体 的 自 由 度 * 包 括 交 流 分 析 plane53 单 元 模 拟 运 动 导 体 示 图 ? 选 择OK? 考 虑 速 度 效 应 时 , 要 求 增 加 输 入 信 息 – 在 实 常 数 中 定 义 。 选 择 单 元 选 项 后 , 定 义 实 常 数 是 很 方 便 的 Preproc>real constants... 选 择平 面 属 性 要 求 实 常 数 设 置 号 速 度 单 位: 米/ 秒 角 速 度 单 位: 弧 度/ 秒 ? 选 择 OK 平 面 属 性 要 求 赋 予 单 元 类 型 号 数第 二 章 第 3 节 2-D 静 磁 学求 解 模 型 的 单 位 制 : SI 分 析 中 使 用 的 单 位 制 为 国 际 单位 制: S I ? 力 ( 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 )基 本 关 系 式: B= μ H, 其 中 μ = μ r μ 0 μ 可 为 单 一 值 ( 线 性 ) 各 相 同 性 或 正 交 各 向 异 性 Preproc>material props>isotropic 平 面 属 性 要 求 赋 予 材 料 质 性 号 μ r 相 对 磁 导 率? μ 可 为 非 线 性 , 以 模 拟 饱 和 状 态 ? BH 曲 线 数 据 能 从ANSYS55 材 料 库 中 获 得 ? 缺 省 的BH 材 料 库 在ansys55 目 录 下 的matlib 子 目 录中 : Preproc.>material props>material library>library path ? 通 过 指 定 路 径 可 在 其 它 位 置 得 到 材 料 数 据? BH 数 据 可 用 如 下 方 式 输 入 Preproc>material props>material library>import library 选 择 材 料 选 择 材 料 属 性 ? 选 择 OK? BH 数 据 生 成 图 形 和 列 表 显 示 表 示 在 列 表 显 示 中 的 数 据 点 号 材 料 号? 数 据 也 可 列 成 表 格. ? 这 种 表 格 也 能 人 工 制 成 Utility>list>properties>data tables ? 选 择OKBH 曲 线 输 入 指 南 ? 数 据 点(0,0) 不 要 输 入 ? 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 形 ? 通 常M 钢 定 义BH 数 据 到8,000 A/m – 数 据 需 要 外 推 – 这 些 曲 线 的μ 值 通 常 需 要 附 加 大 量 的 数 据 以 使 得μ 值 由 大 逐 渐 变 到 最 终 斜 率 – 最 终 斜 率 为 空 气 值(μ0)BH 数 据 输 入 应 用 实 例: 400 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 ? 首 先 定 义 数 据 表 , 然 后 把BH 数 据 输 入数 据 表中 Preproc> material props>data tables>define/activate 平 面 属 性 要 求 赋 予 材 料 号 ? 选 择OK? 利 用 编 辑 激 活 表 格 输 入BH 数据 Preproc> material props>data tables>edit active ? 输 入 数 据 后 , 用 鼠 标 点 取 File>Apply/Quit ? 图 示: Preproc>material props>data tables>graph ? 列 表: Preproc>material props>data tables>list? 实 际 求 解 需 要 用 到 dν/ dB 2 为 避 免 粗 劣 的v=Yu 条 件 曲 线 , ν - B 2 应 该 是 单 调 的 。 Utility>plot>data tables>graph NU vs. B**2? 把 该 曲 线 数 据 放 置 在 库 内 , 以 备 将 来 使 用 。 Preproc.>material props>material library>export material 选 择 文 件 名 选 取 生 成 的BH 数 据 的 材 料 属 性应 用 实 例: 轴 对 称 直 流 致 动 器 ? 课 题 描 述 – 轴 对 称 – 线 圈 为 直 流 供 电 – 衔 铁 居 中 但 悬 空 在 定 子 上 方 。 ? 分 析 顺 序 – 用axis2d 宏 建 模 – 完 成 建 模 后 , 加 边 条 件 – 求 解 – 后 处 理 力 磁 动 势 误 差 范 数 电 流 磁 力 线 路 径 图 示 能 量 电 感 “ 气 隙 ” (mm) “ 线 圈 ” 部 件 “ 衔 铁 ” 部 件 材 料 号5 ( 同 衔 铁)励 磁 直 流 施 加 到 线 圈: 3 安 培 性 质 衔 铁/ 定 子: 上 述BH 曲 线 线 圈: 300 匝, 26 线 径 ,μ r = 1 空 气: μ r = 1 单 位: 毫 米(mm)? 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 (D w )= 0 .404 mm ( 在20 摄 氏 度 下) – 铜 电 阻 率 (ρ) = 17.14 E-9 Ω - m ( 在20 摄 氏 度 下 ) – 匝 数 (N) = 300 – 线 圈 中 径 为8 mm (R mid ) ? 均 匀 填 充 圆 线 圈 的 电 阻 为 : R = 16000 N ρ R mid / D w 2 R = 4.03Ω ? 对 于 静 态 分 析 ,12 V 电 压 相 应 的 电 流 为2.98 安 , 本分 析 采用3 安 。? 参 数 化 建 模 需 要 : – 参 数GAP 必 须 定 义 在 命 令 行 输 入 gap=.5 并 回 车 ? 点 取OK ? 选 择 分 网 密 度 Preproc>size cntrl>basic? axis2s 宏 生 成 模 型 – 衔 铁 单 元 部 件ARMATURE – 线 圈 面 积 参 数ACOND – 线 圈 单 元 部 件 COIL ? 在ANSYS 命 令 窗 口 输 入axis2s 并 回 车 , 以 建 立 模 型? 材 料 号 1 为 空 气 ? 完 善 边 界 条 件 – 通 量 平 行 边 界 条 件 Preproc>loads>apply>boundary>-flux par l-lines – 选 择 模 型 边 界 上 的 所 有 线? 如 下 方 式 定 义 材 料 号 1 ( 自 由 空 间 磁 导 率 ) Preproc>material props>isotropic ? 选 择OK ? 选 择OK? 给 线 圈 平 面 加 载 线 圈 电 流 Preproc>loads>apply> excitation>-current density-areas ? 选 择 线 圈 平 面 ? 选 择 OK? 给 衔 铁 加 力 边 界 条 件 标 志 Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>Comp Force ? 选 择 OK ? 用 不 同 的 方 法 计 算 力 , 故 加 载 两 种 标 志 – Maxwell 应 力 张 量 – 虚 功 选 择 ARMATURE? 选 择 所 有 几 何 和 有 限 元 实 体 ? 进 行 模 拟 ? Solution>electromagnetic>opt&solve ? 选 择 OK ( 采 用 缺 省 设 置 进 行 求解 ) 请 确 认? 磁 力 线 Postproc>plot results>2D flux lines ? 注 意 漏 磁 位 置 – 线 圈 区 – 定 子 上 角 – 定 子 与 衔 铁 交 界 位 置? 计 算 力 Postproc>elec&mag calc>comp.force ? 轴 对 称 模 型 只 产 生 垂 直 方 向 力 ? 定 义 单 元 表 项 FVW_Y 虚 功Y 方 向 力 FMX_Y Maxwell 应 力Y 方 向 力 ? 环 状 模 型 力 总 和 ? 选 择 OK? 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 1) 首 先 选 择 空 气 单 元- 材 料 属 性 为1 选 择 Apply 2) 用 Num/Pick 从 中 选 取 邻 近 衔 铁 面 空 气 单 元 用 框 选 取? 虚 功 方 法 计 算 垂 直 力 并 用 等 值图 显 示 Postproc>plot results>elem table 在 气 隙 中 选 取 空 气 单 元 ? 选 择OK? 用 路 径 图 示 选 项(PATH) 能 获 得 沿 衔 铁 面 的 力 的 分 布 图 ? 必 须 定 义 路 径 Postproc>path operations>define path>by nodes 点 取 节 点 2 给 一 个 任 意 的 名 字 增 加 沿 路 径 的 数 据 采 样 点 的 数 量 点 取 节 点 1 ? 选 择 OK? 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 系 相 比 ) – 路 径 由 直 线 组 成? 单 元 表 项FVW_Y 中 的 力 必 须 插 值 到 路 径 上 Postproc>path operations>map onto path 任 意 名 选 择 ETAB.FVW-Y ? 选 择OK? 将FVW_Y 沿 路 径 显 示 ? Postproc>path operations -plot path items- on geometry 路 径 图 示 迭 加 在 几 何 体 上 已 定 义 将 路 径 显 示 图 缩 放 到 一 个 较 好 的 程 度 ? 选 择 OK节 点 作 用 在 衔 铁 上 的 垂 直 方 向 力 的路 径 图示离 路 径 节 点 节 点1 的 距 离 ? 路 径 上 的 力(F_Y) 也 能 打 印 输 出 Postproc>path operations>list path items ? 选 择OK? 线 圈Lorentz 力 (J x B ) – 选 择 线 圈 区 域 并 定 义 为 一 个 部件 。 ? Utility>select>comp/assembly>select comp/assembly ? 选 择 线 圈 – 为Lorentz 力 定 义 单 元 表 – Postpro>element table>define table 选 择任 意 名 作 用 于 整 个 圆 环 上 的 X 方 向 的Lorentz 力 ? 选 择 OK ? 选 择 Add? 线 圈X 方 向 Lorentz 力 的 等 值 图 Postproc>element table>plot elem table ? 选 择 OK? 作 用 在 线 圈 单 元 上 的 总 力 Postpro>element table>sum of each item ? 该 操 作 作 用 于 全 部 激 活 单 元 上 ? 相 当 于360 ° 圆 周 上 的 受 力 ? 力 单 位 为 牛 顿: N? 根 据 节 点 磁 场 值 差 异 估 计 误 差 , 且 作为 单 元表 数 据 贮存 Postpro>mag&elec calc> error eval ? B_ERR 单 位 (T) H_ERR 单 位 (Amps/m) ? BN_ERR 和HN_ERR 由 最 大 值 归 一 化? BN_ERR 能 用 磁 力 线 图 进 行 等 值 显 示 ? 图 示 BN_ERR 单 元 表 项 Postpro>element table>plot elem table ? 选 择 OK ? 激 活NOERASE 选 择 Utility>plot cntrls>erase options? 图 示 磁 力 线 Postpro>plot results>2D flux lines ? 选 择OK? 线 性 和 非 线 性 材 料 的 共 能 计 算 Postpro>elec&mag calc>coenergy ? 选 择OK? 也 能 计 算 贮 能 Postproc>elec&mag calc>energy 注 : 铁 的 共 能 大 约 是 贮 能 的8 倍 , 表 示 铁 的 饱 和 效 应 所 致? 铁 单 元 的 磁 导 率 能 用 等 值 图 显示 Postpro>element table> ? 选 择ADD plane53 单 元 在 线 帮 助 ? 选 择 OK ? 这 是 绝 对 磁 导 率? 为 了 获 得 相 对 磁 导 率 , 单 元 表 应 乘 以MUZ 系 数 – 将 自 由 空 间 磁 导 率 赋 予 参 数: MUZ=12.57x10 -7 Postpro>element table>add items 用 已 有 名 字 自 由 空 间 磁 导 率 参 数 不 需 要 第 二 个 单 元 表 项 ? 选 择OK? 用 等 值 图 显 示 相 对 磁 导 率MUR Postpro>element table>plot elem table 注 意 饱 和 区 ? 选 择t OK? 沿 闭 合 线 计 算 磁 动 势 MMF ? 确 保 整 个 模 型 都 被 激 活 ? 必 须 定 义 围 绕 线 圈 的 路 径 Postpro>elec&mag calc>define path>by nodes 选 取 如 图 所 示 的7 个 节 点 , 可 从 任 一 节 点 开 始 路 径 的 最 终 节 点 应 与 起 始 节 点 是 同 一 个 跨 越 空 气 隙 时 , 气 隙 两 边 的 铁 边 界 上 各 选 取 一 个 节 点? 完 成 路 径 定 义 由 于 铁 与 空 气 的 界 面 处H 值 不 连 续 , 应 增 加 采 样 点 的 数 目 ? 选 择OK? 绕 闭 合 回 线 计 算MMF Postpro>elec&mag calc>MMF ? 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 ( 对 于 轴 对 称 模 型 , 正 电 流 方 向 为 进 行 平 面 方 向 )? 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MMF 选 取 节 点 1 选 取 节 点2 MMF = -384 A-t? 输 入 的 总 安 匝 数 为900 , 铁 芯 的 中 间 部 位 有384 安 匝 , 也 就 是 空 气 隙 中 只 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 , 电 磁 力 至 少 会 增 加2 倍 。 ? 可 用 另 一 种 方 法 显 示 这 一 点 : 将 铁 芯 的
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