ansys电磁场第四章-1-三维电磁模拟

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ANSYS电磁场分析报告指南设计

ANSYS电磁场分析指南（共17章）ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述：ANSYS电磁场分析指南第二章 2-D静态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第四章２-Ｄ瞬态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）：ANSYS电磁场分析指南第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边元方法）：ANSYS电磁场分析指南第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第九章 3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）：ANSYS电磁场分析指南第十章高频电磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第十一章磁宏：ANSYS电磁场分析指南第十二章远场单元：ANSYS电磁场分析指南第十三章电场分析：ANSYS电磁场分析指南第十四章静电场分析（h方法）：ANSYS电磁场分析指南第十五章静电场分析（P方法）：ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析：ANSYS电磁场分析指南第十七章其它分析选项和求解方法：第一章磁场分析概述1.1磁场分析对象利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS可分析计算下列的设备中的电磁场，如：·电力发电机·磁带及磁盘驱动器·变压器·波导·螺线管传动器·谐振腔·电动机·连接器·磁成像系统·天线辐射·图像显示设备传感器·滤波器·回旋加速器在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为：·磁通密度·能量损耗·磁场强度·磁漏·磁力及磁矩· S-参数·阻抗·品质因子Q·电感·回波损耗·涡流·本征频率存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。

ANSYS电磁场分析指南

ANSYS电磁场教程电磁模拟

此外，随着云计算和大数据技术的发展，ANSYS有望实现更高效、更灵活的分布式计算和数据可视化，为用户提供更加全面和深入的电磁场分析服务。
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感谢您的观看
03Байду номын сангаас
本文介绍了ANSYS电磁场教程的基本内容和应用实例，包括静电场、静磁场和时变电磁场的模拟分析，旨在帮助读者更好地理解和掌握ANSYS在电磁场分析中的应用。
展望
随着科技的不断进步和应用需求的不断增加，电磁模拟技术将越来越受到重视，ANSYS作为该领域的领先软件，将继续发挥重要作用。
未来，ANSYS将不断更新和完善其功能和工具，以更好地满足用户的需求，包括提高模拟精度、增加新的分析模块和优化计算效率等。
后处理
分析结果、可视化展示等。
03 电磁场模拟案例分析
案例一：简单电场模拟
建立模型
创建一个简单的二维电场模型，包括两个电极板和空气区域。
求解设置
选择合适的求解器类型和迭代次数，进行电场模拟。
总结词
通过ANSYS软件进行简单电场模拟，了解电场分布和电势分布。
边界条件
设置电极板为电势边界条件，设置空气区域为零电势边界条件。
结果分析
查看电场分布云图和电势分布云图，分析电场强度和电势的变化趋势。
案例二：磁场模拟
总结词
通过ANSYS软件进行磁场模拟，了解磁场分布和磁感应强度分布。
建立模型
创建一个简单的三维磁场模型，包括一个永磁体和空气区域。
边界条件
设置永磁体为磁化方向边界条件，设置空气区域为零磁感应强度边界条件。
结果分析实例
磁场分布
通过后处理技术，将模拟得到的磁场分布进行可视化展示，并与理论值进行对比分析。

ANSYS电磁场分析指南

ansys电磁场仿真分析教程

有限元网格
1-6
• 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
1-7
• 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 (μr = 1) .
• 选择Apply (重复显示和输入) • 建立线圈面
利用TAB 键移动输入窗口
• 选择 Apply
1-17
• 建立空气面
• 选择 OK 衔铁
到了这步，建立了全部平面，但它们还没有连接起来.
线圈
1-18
• 用Overlap迫使全部平面连接在一起 Preprocessor>Operate> Overlap>Areas
B
B
励磁体1/4对称模型
1-44
• 单元plane13 and plane53 用于模拟2D磁场
• 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
1-19
• 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
1-3
• 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

Ansys电磁分析教程

选择OK
• 打开绘制单元的材料属性 Utility>PlotCtrls>Numbering
• 选择 OK
1-24
• 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
Y
材料号 2
衔铁长度=35
材料号3
线圈励磁为直流电流: 2 安培
Coil
模型轴对称单位 (mm)
X
1-9
•
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
1-10
对于没有明确定义属性的面，其属性缺省为1
• 选择 OK
1-20
• 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
1-21
• • •
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
• 选择 OK
1-33
•
进行计算 Solu>-solve-electromagnet>Opt & Solve
• 选择OK

ANSYS电磁场分析指南磁宏

ANSYS电磁场分析指南磁宏磁宏分析是ANSYS中的一种电磁场分析方法，用于模拟磁场中的行为。

它基于麦克斯韦方程组和磁性材料的本质特性，可以用来研究磁场的分布、场强和磁通量等。

以下是使用ANSYS进行磁宏分析的一般步骤：1.创建几何模型：使用ANSYS的几何建模工具创建您要分析的几何体。

您可以使用ANSYS的二维或三维建模功能，根据您的需求选择适当的几何形状。

2.设置材料属性：在进行磁宏分析之前，您需要为模型中的材料定义磁性属性。

这包括磁导率、磁饱和和磁滞等。

可以通过库中的材料属性进行选择，或者根据实际材料的特性手动输入。

如果您使用的是标准材料，可以轻松从ANSYS材料库中选择。

3.设置边界条件：确定分析的边界条件非常重要。

根据您的应用场景，您可以设置边界条件为固定零磁场、非磁性条件或具有特定磁场分布的条件。

对于二维问题，您可以设置边界上的磁通量。

这些边界条件将在后续计算中起作用。

4.生成网格：ANSYS使用有限元方法进行分析，因此需要生成适当的网格。

您可以选择不同的网格生成技术，例如自动网格细化、手动加密和剖面网格。

网格的质量对分析结果的准确性和计算时间都有重要影响。

5.定义分析类型和求解器：在ANSYS中，您可以选择不同的分析类型和求解器来求解磁场问题。

例如，您可以选择求解静态磁场、谐振频率或非线性磁场等。

根据您的需求选择适当的求解器，以获得准确的结果。

6.运行计算：在设置了适当的材料属性、边界条件和网格后，您可以运行计算。

ANSYS将使用选择的求解器进行计算，并在计算结束后生成结果。

7.分析结果：计算完成后，您可以查看和分析生成的结果。

这包括磁场分布图、场强、感应电流和磁通量等。

ANSYS提供了丰富的后处理工具，可以帮助您更好地理解分析结果。

除了这些基本步骤，在进行磁宏分析时还有一些注意事项和技巧：1.材料特性选择：选择适当的磁性材料特性对分析结果至关重要。

根据实际材料数据进行选择，并注意磁导率的非线性特性。

ANSYS在三维高频电磁场仿真分析中的应用

Wi Ei
(3)
i =1
式中 : Ei ———元素立体、表面、边界发射的矢量电
场的自由度 ;
W ———向量基函数 ;
N ———向量基函数个数即元素个数.
用向量基函数 W ( Galerkin 近似) 代替测试向
量 T ,用有限元分析矩阵符号重写公式 (2) 得出
( - k0 M + j k0 C + K) E = F (4)
2 ANSYS 高频电磁场分析理论基础
对半静态或低频问题 ,由于工作波长比结构几何尺寸大很多或者电磁耦合在系统内不明显 , 麦克斯韦方程组的位移电流被忽略 ,因此麦克斯韦方程组可以简化. 对于高频电磁场问题 ,必须求解麦克斯韦的全系列方程组. 因此 ,根本的问题就是解决高频全波电磁场问题 ,建立全波有限元方程和定义目标输出量.
(6)
Γ
r
µ Kij =
( × Wi) ·μr- ,1ImdΩ -
Ω
κ k0 Z0 YIm ( n × Wi) ·( n × Wj) dΓr (7) Γ r
µ Fi = - j k0 Z0
Wi ·J sdΩS +
Ω
S
κ j k0 Z0
Wi ·( n × H) dΓ (8)
Γ 0
+Γ1
角标 Re 表示向量的实部 ,Im 表示向量的虚部.
ANS YS 在三维高频电磁场仿真分析中的应用
许会 , 孙衍山
(沈阳工业大学信息科学与工程学院 , 沈阳 110178)
摘要 : 针对电磁场问题理论复杂以及与理论及实际应用背景密切相关的 ANSYS 仿真软件参数设置不易掌握的问题 ,讨论了应用 ANSYS 软件进行三维高频电磁场仿真分析所涉及的有限元分析和电磁场等方面的基础理论 ,叙述了根据电磁场知识进行参数设置的具体要求和实际意义 ,研究了高频电磁场问题的详细解题步骤及为了保证计算结果准确所必须注意的事项. 对混凝土中含有钢筋的 3 个物理模型进行了不同频率激励下的微波散射分析及仿真计算 ,并获得混凝土外电场分布数据. 仿真数据与理论定性分析和实测的电场分布一致. 关键词 : 有限元软件 ; 三维 ; 高频电磁场 ; 钢筋混凝土 ; 仿真计算中图分类号 : TP 301 文献标志码 : A

ANSYS磁力轴承三维电磁场分析教程

外圈空气场
转子内空气场
体迭代
压缩体积编号
赋材料类型，划分网格
7.加边界条件和载荷
Utility menu>select>comp/assembly>create component
创建局部坐标系 utility menu-workplane-local coordinate System-create local cs-at specified loc
移动工作平面
utility menu-workplane-Align wp with-specified coord Sys
建立线圈
显示线圈Utility menu-plotctrls-styቤተ መጻሕፍቲ ባይዱe-size and shape
Utility menu-plot-element
/SOLU D,2,MAG,0 !SOLVE ALLSEL,ALL MAGSOLV,3,,,,,1 FINISH
ANSYS电磁场分析教程
方思源
静态磁场分析分以下五个步骤： 1.创建物理环境 2.建立模型，划分网格，对模型的不同区域赋予特性 3.加边界条件和载荷（激磁） 4.求解 5.后处理（查看计算结果）
1.过滤图形界面
2.定义工作标题
3.定义单元类型和选项
4.定义材料属性
TB,BH,1,,15 ! 定子上硅钢片的的B-H曲线 TBPT,,40 ,0.5 TBPT,,48,0.6 TB,BH,2,,13 !指定轴上工业纯铁的B-H曲线 TBPT,,56,0.7 TBPT,,200,0.4 TBPT,,67,0.8 TBPT,,220,0.5 TBPT,,80,0.9 TBPT,,260,0.6 TBPT,,100,1 TBPT,,290,0.7 TBPT,,125,1.1 TBPT,,300,0.8 TBPT,,172,1.2 TBPT,,400,1 MP,MURX,3,1 !指定气隙的材料类型 TBPT,,250,1.3 TBPT,,500,1.2 MP,MURX,4,1 !指定空气的材料类型 TBPT,,460,1.4 TBPT,,700,1.3 TBPT,,1020,1.5 TBPT,,800,1.4 TBPT,,3400,1.6 TBPT,,1190,1.5 TBPT,,6400,1.7 TBPT,,1680,1.6 TBPT,,8400,1.74 TBPT,,2800,1.7 TBPT,,10000,1.79 TBPT,,6000,1.8

ANSYS三维磁场分析

δ = (π μ σ f) -1/2 (m)
式中
μ = 磁导率 = μr μ0
=1.256E-6
σ = 电导率= 1 /ρ = 5.83E-8
f = 场频率 (Hz)=1000
δ=2.1 mm
第4页/共23页
4.4-3
• 在内导体对称平面加VOLT 约束 • 施加 VOLT约束
Solu>apply>-electric-boundary>on areas
• 在模型末端( Z 最大值位置）加通量平行边界条件作为一个远程边界条件
• 面上加边界条件 • 使整个模型激活 • 选择外表面 • 不选Z=0的平面
第10页/共23页
4.4-9
• 加通量平行条件 Preproc>loads>apply>magnetic-boundary>-flux par’l-on areas
δ = (π μ σ f) -1/2 (m) 式中 μ = 磁导体= μr μ0 =50*1.256E-6 σ = 电导率 = 1 / ρ ρ = 电阻率 (Ohm-m) =1E-7 f = 场频率(Hz)=1000 δ = .77 mm
第3页/共23页
BAR的边界
4.4-2
外导体的内半径
• 由于集肤效应，外导体内半径也要网格细化
• 在命令窗口输入ac3d建模 • 模型信息
• 单元类型: 边单元solid117 • 导体- AZ,VOLT自由度 • 空气-AZ 自由度
• 励磁导体：导体要建模 • 总电流加到截面的一个节点上
• 单元组件: • 内导体: BAR • 外导体: ELEMENT
第2页/共23页
4.4-1
• 靠近杆BAR外半径处要加密网格，以满足集肤效应的计算要求（集肤厚度 (δ)上要有两个单元）

ansys电磁场仿真分析教程

1-30
• 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
1-31
• 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
1-32
• 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）
第五章
耦合场分析概况……………………………………………………1-…1 …………………….. 5-1
第一章
教程综述
1-2
• 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）
1-40
• 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
A
Pole F ace
• 材料属性相同
• 左边和右边励磁相位差180度（
B
B
即方向相反）
• 对称平面边界条件 Prep•ro沿c.>Al-oAa必ds须>ap加pl约y>束boundary>flux par’l>lines

第四章 ANSYS三维电磁场分析指南5

4.5-25
• 利用单元数据能获得导体上的侧向力 • 选择ANGLE组件 Postproc>element table>define table (for the Z Lorentz force)
• 选择OK • 计算总侧向力 Postproc>element table>sum of each item • 选择 OK
在汇流排另一端的端面加VOLT约束 Preproc>loads>apply>-electric-boundary 选择汇流排末端端面选择 OK
• 选择 OK
4.5-12
• 进行电流传导分析 Solu>new analysis [STATIC] • 选择OK (同时图示单元和节点，以确保只激活了ANGLE 组件） Solu>current LS （因只有一部分模型进行模拟，将显示警告(warnings）信息）
4.5-19
•
从电流传导分析结果中读取电流密度 Preproc>loads>apply>excitation>from elec an (显示单元以确保激活了ANGLE 组件)
在缺省情况下，电流传导分析的结果保存在 file.rst文件中
上述分析只有一种结果，缺省即读入此正确结果
4.5-20
Z=0平面
4.5-22
• 约束标量以模拟通量垂直条件 Preproc>loads>apply>boundary>-scalar potent-flux normal-on areas
• 选择相应于solid96单元类型的平面(标量) • 选择 OK
4.5-23
• 约束矢量MVP以模拟通量垂直 Preproc>loads>apply>boundary>-vector potent-flux normal-on areas

ANSYS电磁仿真

ANSYS电磁仿真/TITLE,2D SOLENOID Actuator Static Analysis ! 定义工作标题/FILNAME,Emage_2D,1 ! 定义工作文件名KEYW,MAGNOD,1 ! 指定磁场分析/PREP7ET,1,PLANE13 ! 指定单元类型EMUNIT,MKS ! 定义单位系统keyopt,1,3,1 !axisymetry ! 指定类型为轴对称MP,MURX,1,1 ! 定义空气的材料特性MP,MURX,2,1 !定义线圈的材料特性MP,MURX,3,1 ! 定义汝铁硼的相对磁导率!MP,MGYY,3,883000N=1000 ! 线圈匝数I=0.1 ! 每匝电流N2=800I2=-0.1TA=0.2 ! 模型尺寸参数（厘米）TB=0.5TC=0.5TD=0.2WC=0.5HC=0.7GAP=0.05HS=HC+GAPW=TA+WC+TCHB=TB+HCH=HB+GAP+TD+0.5ACOIL=WC*HC ! 线圈横截面积（cm2）JDENS=N*I/ACOIL ! 电流密度（A/cm2）ACOIL2=TD*0.5 ! 线圈横截面积（cm2）JDENS2=N2*I2/ACOIL2 ! 电流密度（A/cm2）/PNUM,AREA,1 ! 打开面区域编号RECTNG,0,W,0,H ! 生成几何模型-空气RECTNG,0,0.5,HB+GAP,HB+GAP+TD ! 生成几何模型-永磁体RECTNG,TA,TA+WC,TB,TB+HC ! 生成线圈几何coil_down AOVLAP,ALLSAVE!RECTNG,0,W,0,HB+GAP!RECTNG,0,W,0,H!AOVLAP,ALLNUMCMP,AREA ! 压缩编号APLOTSAVE,Emage_2D_geom.db ! 保存几何模型到文件SAVEASEL,S,AREA,,2 ! 给线圈区域赋予材料特性（S:选择方式，面2）AATT,2,1,1,0ASEL,S,AREA,,1 ! 给永磁铁区域赋予材料特性AATT,3,1,1,0!ASEL,S,AREA,,3 ! 给空气区域赋予材料特性!AATT,1,1,1,0/PNUM,MAT,3 ! 打开材料编号ALLSEL,ALL ! 选择所有的实体APLOTSMRTSIZE,4 ! 设置智能化划分网格等级AMESH,ALL ! 划分自由网格SAVE,Emage_2D_Mesh.db ! 保存网格单元数据到文件SAVEESEL,S,MAT,,3 ! 选择衔铁上的所有单元CM,ARM,ELEM ! 生成一个组件FMAGBC,'ARM' ! 给衔铁加力边界条件ALLSEL,ALLARSCAL,ALL,,,0.01,0.01,1,,0,1 ! 改变单位制为MSK单位（米）FINISH/SOLUESEL,S,MAT,,2 ! 选择线圈上的单元BFE,ALL,JS,1,,,JDENS/(0.01**2) ! 施加电流密度载荷ESEL,S,MAT,,3! 选择线圈上的单元BFE,ALL,JS,1,,,JDENS2/(0.01**2) ! 施加电流密度载荷ALLSEL,ALLNSEL,EXT ! 选择外层节点D,ALL,Az,0 ! 施加磁力线平行边界条件ALLSEL,ALLMAGSOLV,0,3,0.001,,25 ! 求解并运算SAVE,Emage_2D_resu.db ! 保存计算结果SAVEFINISH/POST1PLF2D,27,0,10,1 ! 显示磁力线图FMAGSUM,'ARM' ! 对电磁力求和PLVECT,B,,,,VECT,ELEM,ON,0 ! 显示磁通密度矢量/GRAPHICS,POWERAVRES,2PLNSOL,B,SUM ! 显示磁通密度等值云图TORQSUM, 'ARM' ! 对电磁力求矩FLISH。

ANSYS电磁场分析指南

ANSYS电磁场指南探素

ANSYS电磁场分析指南（共17章）ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述：ANSYS电磁场分析指南第二章2-D静态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第四章２-Ｄ瞬态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）：ANSYS电磁场分析指南第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边元方法）：ANSYS电磁场分析指南第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第九章3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）：ANSYS电磁场分析指南第十章高频电磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第十一章磁宏：ANSYS电磁场分析指南第十二章远场单元：ANSYS电磁场分析指南第十三章电场分析：ANSYS电磁场分析指南第十四章静电场分析（h方法）：ANSYS电磁场分析指南第十五章静电场分析（P方法）：ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析：ANSYS电磁场分析指南第十七章其它分析选项和求解方法：第一章磁场分析概述1.1磁场分析对象利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS可分析计算下列的设备中的电磁场，如：·电力发电机·磁带及磁盘驱动器·变压器·波导·螺线管传动器·谐振腔·电动机·连接器·磁成像系统·天线辐射·图像显示设备传感器·滤波器·回旋加速器在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为：·磁通密度·能量损耗·磁场强度·磁漏·磁力及磁矩· S-参数·阻抗·品质因子Q·电感·回波损耗·涡流·本征频率存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。

ANSYS电磁场分析指南

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EDGE yes yes yes yes yes yes yes yes
Physics Iron-free Air-iron Coil-air-iron Perm Magnet-air-iron Coil-Perm Magnet-air-iron yes no no yes no
4.1-36
三维应用
4.1-34
– 通量平行边界条件
• 模型平面内的A分量必须设置为零
– X-Y平面, AX和AY 必须约束为零 – X-Z平面, AX和AZ必须约束为零 – Y-Z平面, AY和AZ必须约束为零
4.1-35
三维应用
Applications Analysis
RSP DSP GSP MVP Static yes Harmonic no Transient no yes no no yes yes yes no yes yes no no yes yes yes no yes yes yes yes yes no no no no
– 具有平面和轴对称组合部件的模型
衔铁外形复杂
具有确切外形的衔接和廉价迭片定子的致动器
平面型定子
线圈区域
4.1-4
三维（3D）模拟
– 轴向非均匀的模型
定子
10极永磁电机，建立了2极模型
转子永磁体
定子、永磁体和转子具有不同轴向长度
4.1-5
•
• •
• •
正如二维（2D）模拟一样，三维模拟功能也包括静态、交流和瞬态分析缺省的线性材料为各向同性（只赋予MURX值）三维（3D）材料选项包括对于所有三个方向的正交各向异性选项 MURn 和RSVn（n表示X、Y、Z三个方向） – BH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BH曲线时，该方向的MURn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元与二维模拟相同，也支持复杂组合的物理区域 – 交流分析的绞线导体与块导体 – 电压与电流供电 – 复杂铁磁区域
• 选择 sourc36单元类型.
• 选择 OK
• 选择 ADD
4.1-16
•
完成线圈定义
必须为与单元相对应的实常数
选择 sourc36 原型
线圈厚度
线圈轴向长度安匝数，方向由前面幻灯片中的红箭头所示
• 选择 OK
DY、DZ的单位制要与模型一致
4.1-17
•
•
•
先生成单元前，要设置单元属性 Preproc>create>elements>elem attributes 单元类型实常数（如前面幻灯片所定义的）人工生成单元（不用自动生成网格） Preproc>create>elements>-auto numbered-thru nodes (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。 Utility>plotctrls>style>size and shape
Node J 线圈实例
•
生成单元前需要定义sourc36单元，该单元无单元类型选项 Preproc.>element type>add/edit/delete [ADD]
Node K N
4.1-15
• 单元实常数设置号应该是唯一的，或其它相同线圈一致。实常数应在生成单元前定义。 Preproc>real constants
RSP DSP GSP MVP yes yes yes yes yes no yes yes no yes yes yes yes yes yes no
EDGE yes yes yes no
yes yes yes yes no yes yes yes yes no JCG JCG JCG Sparse Sparse
4.1-19
• •
利用改变实常数数据可改变线圈特征 Preproc>real constants 选择EDIT (初始生成的设置）
• 选择 OK
将0.05改为0.1
4.1-20
• 应建完整的线圈组模型 • 实际上有例外 – 线圈远离铁芯区域，对铁芯内磁场产生不重要的影响
模型中只建立了2个极和 1/2 轴向长度
对于图示线圈： • 线圈长度: .05 m • 厚度 .02 m • 线圈中间点半径 .10 m • 取向: 沿+Z • 安匝数: 1,500
电流流向
4.1-14
•
单元的节点： – 节点K 处于线圈中心位置即节点1 (0,0,0) – 节点I处于线圈中间半径位置即节点2 (0.1,0,0) – 节点J决定了线圈取向的定义，即节点3 (0,0.1,0)
Applications Geometry (Iron linked by coil) Single- connected Multiply- connected Elements 1st Order 2nd Order Boundary Options Node coupling Constraint equations Recommended Solver
三相电机的绕组截面
4.1-27
•
通用标势法适用的物理模型: – Sourc36单元可与铁磁区相连 – 磁体励磁 – 通量条件可以定义通量（ Webers） – 可在无铁芯介质的模型采用Sourc36单元 – 限制：模型几何体必须满足多连通条件 • 若当铁介质磁导率为无限大时，铁芯内磁场并不接近零，则可确定为满足多连通条件（变压器、导磁体、具有多通量路径的模型等） – 缺点： • 要分三步求解
4.1-10
– μ-H曲线由下面菜单绘制 Utility>plot>data tables
• 选择 OK
曲线上没有波纹，求解收敛性就很好
4.1-11
– 标量势的激励是基于Biot-Savart 计算的，使用预先定义的线圈形状sourc36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单元的帮助文件中对线圈原型定义
4.1-12
•
线圈原型常用于某些类型的致动器，但多数情况下，该线圈以ARC 型和 BAR型相组合构成“跑道” 形线圈本章后面对此有详细描述
•
ARC型构成跑道形线圈转角
BAR型构成跑道形线圈直边
4.1-13
– sourc36单元定义 • 它们不要求连接成连续单元 • 三个节点用于定义线圈原型的取向和一个特征长度 • 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
4.1-21
•
标量列式包括三种型式的标量势，每一种适用于特定的物理区域。
•
可以采用简化标量势 (RSP)的物理区域有:
– 铁磁区和永磁体 – 无线圈的铁磁区域 – 无铁磁介质的线圈
4.1-22
– RSP优点: • 模拟分析为单步求解 • 相对于其它标量方式，其计算量最小
– RSP缺点: • “数值相消” 使 RSP方法在铁磁模型内不能使用sourc36 单元励磁
• 选择 OK
4.1-18
•
在某些情况下，要求将“增强图形”方式转换为“全图形”方式 Utility>plotctrls>style>hidden line options
注：在标准工具栏中可直接设置“增强图形”（将其关闭）
箭头长度由绘图控制选项控制 PlotCtrls>style>vector arrow scaling
(1) 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拟
4.1-9
•
标量势单元列式 – 自由度: MAG – 通量垂直边界条件： • MAG 自由度必须被约束或耦合 – 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曲线的使用 • 必须检查μ-H 曲线，保证其是“光滑”的
– 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 – 通量平行边界条件 • AZ 自由度必须加约束 – 模拟时使用 BH曲线中间节点
• ν - B2 曲线必须确认为“光滑”
4.1-32
• • •
利用线圈励磁的模型与二维（2D）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JSX,JSY,JSZ 这些分量对应于单元坐标轴方向 – 任意直角坐标系 – 任意圆柱坐标系 – 总体坐标系线圈区截面
直段部分用总体坐标系转角部分需要JSY（局部柱坐标系的环向方向）
4.1-33
•
3D MVP 列式 – 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A分量必须设为零 – X-Y 平面, AZ 必须约束为零 – X-Z平面, AY必须约束为零 – Y-Z平面, AX必须约束为零
4.1-8
– 三维（3D）模拟功能包括三种单元列式类型 – 标量势单元列式（静态1 ）[SOLID96] • 简化标势法(RSP)用于没有线圈的铁-空气界面模型 • 差分标势法(DSP)用于具有单通量路径的铁-空气界面模型 • 通用标势法(GSP)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) [SOLID117] • 包含任意铁磁区域 • 周期对称模型必须为全模型-不能有耦合 – 磁矢量势 (MVP) 列式（静态、交流、瞬态） [SOLID97] • 无铁磁区域

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