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第三章 ANSYS二维瞬态和谐态磁场分析2

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ANSYS电磁场分析规范指南规范.doc

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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有限元分析二维静态磁场仿真

ANSYS有限元分析二维静态磁场仿真

一周总结报告一、ANSYS学习1.学习情况目前正在边看书籍边操作ANSYS系统，已经了解了ANSYS的基本操作系统以及ANSYS 分析过程的三大步骤，大体上知道了它的整个工作流程。

目前正在深入仔细学习每一部分的详细步骤。

现在已经学习了ANSYS有限元分析典型步骤、实体建模、网格划分、创建有限元模型，正在学习加载和求解这一部分。

2.理论知识(1)网格划分与创建有限元模型①设置单元属性，包括：a.选择单元类型，如常用的有PLANE13，PLANE53，INFIN110；在Element Type中设置；b.设置单元实常数，如线圈横截面积、匝数、导体填充率等；c.设置材料属性，如泊松比、材料密等；d.设置单元坐标系统。

②通过网格划分工具设置网格划分属性包括：a.单元属性分配设置，作用是在网格划分之前为模型(包括实体和有限元模型)分配单元属性；b.智能划分水平控制；c.单元尺寸控制，单元尺寸的意思是单元边的长度。

③实体模型的划分ANSYS有两种方式对实体模型进行网格划分。

映射网格划分方法：最大特点就是必须使用形状规则的单元划分，对于面对象必须使用三角形单元或四边形单元，对于体对象只能使用六面体单元。

故划分对象必须形状规则。

不是任何形状的对象都能用映射网格划分。

(2)加载和求解有限元分析的主要目的在于得到系统在特定激励源和边界条件下的响应。

这些激励以及边界条件统称为载荷。

所以载荷包括边界条件和激励。

磁场分析中常见的载荷有磁势、磁通量边界条件等。

载荷分为六大类：自由度约束、集中力载荷、面载荷、体载荷、惯性载荷以及耦合场载荷。

关于载荷步、子步和平衡迭代，通过阅读理论知识自己的理解的总结是：一个实际加载过程需要多次施加不同的载荷才能满足要求，每一步就称为一个载荷步。

一个载荷步可以通过多个子步来逐渐施加。

平衡迭代用于考虑收敛的非线性分析。

3.仿真结果目前按照教程的步骤将ANSYS从建立模型到加载求解再到查看后处理器的整个分析过程大体操作了一遍，目的就是先通过简单模型熟练ANSYS的整体操作。

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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电磁场分析报告指南设计

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 Workbench 磁场分析教程2

Ansys Workbench 磁场分析教程2

January 24, 2010 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved.
ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002406 1-16
Module 2
Electromagnetic Analysis
Create a cylindrical coordinate system to define direction of current flow fl in i coil il Pick the coil outer cylindrical surface
January 24, 2010 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved.
ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002406 1-4
Module 2
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Inventory #002406 1-9
Module 2
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Now might be a good time to save the project as “coil coil_steel_core steel core”
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
January 24, 2010 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved.

ANSYS电磁场分析培训手册第三章-2解读

ANSYS电磁场分析培训手册第三章-2解读

• 选择 OK
用 ANSYS/Emag进行电磁场分析
3.2-11
• 执行求解 Solu>new analysis [Harmonic] • 设置激励频率 Solu>time/frequenc>freq and substps
• 选择 OK Solu>current LS • 选择 OK
用 ANSYS/Emag进行电磁场分析
3.2-6
• 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 OK
用 ANSYS/Emag进行电磁场分析
3.2-7
•
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
变压器 有限元 区
首先，鼠标选 取起始节点
最后，鼠标点 取电路单元的 偏置位置
其次，鼠标选 取终止节点
用 ANSYS/Emag进行电磁场分析
3.2-32
• 第三个位置选取后输入:
电路单元标志号
峰值（电压）
• 选择 OK
相位角（度）
注: 完成此窗口后，才显示实际电路单元
用 ANSYS/Emag进行电磁场分析
用 ANSYS/Emag进行电磁场分析
3.2-15
实数分量求解结果
用 ANSYS/Emag进行电磁场分析
3.2-16
2D 变压器应用实例
• 问题描述 – 变压器初极构成如下: • 2 Ω 直流电阻 • 1080 匝 – 变压器次极构成如下: • .02 Ω直流电阻 • 108匝 – 电压源 • 60 伏特峰值 • 60 Hz 频率 – 线圈在 75 C – 叠层长度: 70 mm

Ansys电磁场分析经典教程


耦合场分析概况…………………………………………………………………………….. 5-1
1-1
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） （Pulse Width Modulation) • 任意
• 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
1-5
• 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
• 一旦衔铁已选好，选择OK (在选取框内）
1-25
• 选择与已选平面相对应的单元
用“面”
• 选择 OK • 图示衔铁单元
Utility>plot>elements
衔铁单元
1-26
• 使单元与衔铁组件联系起来 Utility>Select>Comp/Assembly>Create Component
• 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

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ANSYS电磁场分析指南

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。

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• 选择 OK
3.2-44
• •
激活整个模型 Utility>select>everything 开始求解 Solu>Current LS
确认模型为二维
电路附加自由度
• 选择 OK
3.2-45
• 读入结果，图形显示两种结果 Postproc>by load step [REAL] 实数解 Postproc>by load [IMAGINARY] 虚数解
线圈单元类型号
• 选择 OK
要求选取这些自由度
3.2-24
•
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1
3.2-25
•
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）
3.2-3
• • •
用 实用命令菜单中的命令清除数据库中的数据 Utility>file>clear and start new 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>center WP
3.2-27
•
对于初极线圈 N = 1080 Rcoil = 2 Ω
L = .07 m ρ = .2E-7 Ω -m A = ACOND = .00125 m2
Cf = .07258 (对应于一个线槽内的整个线圈) • 对于次极线圈 N = 108 Rcoil = .02 Ω
L = .07 m ρ = .2E-7 Ω -m A = ACOND = .00125 m2
– 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
3.2-23
• 线圈区域单元类型的自由度选项必须激活 Preproc>element type>-add/edit/delete [OPTIONS]
3.2-10
• • •
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-on nodes 选取回路中的任何一个节点
• 选择 OK
3.2-11
• 执行求解 Solu>new analysis [Harmonic] • 设置激励频率 Solu>time/frequenc>freq and substps
• 选择 OK
Solu>current LS • 选择 OK
3.2-12
• •
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>list results>element solution
• 选择 OK
3.2-13
虚数分量求解结果
3.2-14
• 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>-read results-by load step • 选择 [REAL] • 选择 OK Postproc>list results>element solution
鼠标点取 的第二点 识别号
• 选择 OK
鼠标点取 的第一点 电阻值 Ω
3.2-8
•
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 的第二点
识别号 鼠标点取 的第一点
3.2-38
• 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>couple DOF • 选择 Pick ALL
• 选择 APPLY
3.2-39
• 在选取框内选择Pick ALL （由于由于前面选了APPLY）
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
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
首先，鼠标选取SCE 连接到IVS的一端
3.2-34
•
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 OK
•
首先建立独立电压源 (IVS)
3.2-4
IVS（独立电压源）
• 建立 IVS
Circuit>independent vltg source>DC/AC harmonic – 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
第三章
第2节
二维交流和瞬态磁场分析
电路单元应用
• 问题描述 – 电路由如下组成: • 10 Ω 电阻 • 50 mH 电感器 • 2μf 电容器 – 电压源 • 24 伏（峰值） • 1000 Hz 频率 分析顺序 – 建模 – 进行模拟 – 后处理 • 电流 • 功率
2 μf 电容器
•
24 伏电压源
变压器有 限元区
首先，鼠标选 取起始节点
最后，鼠标点取 电路单元的偏置 位置
其次，鼠标选 取终止节点
3.2-32
• 第三个位置选取后输入:
电路单元标志号
峰值（电压）
• 选择 OK
相位角（度）
注: 完成此窗口后，才显示实际电路单元
3.2-33
建初极线圈
• 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>strnd coil -
鼠标第三次 选取
鼠标第一次选 取将SCE 连 接到RES
• 采用与前面定义过的绞线 圈相同的数据
• 选择 OK
3.2-37
• 每个独立回路必须约束VOLT 自由度 Preproc>loads>apply-electric-boundary>-voltage-on nodes • • • • 每个独立回路选一个节点 选择OK 窗口输入“0” 选择OK
3.2-5
鼠标点取的第一位置，为单元的 I 节点
鼠标点取的第三位置，以确定单元 的定位
鼠标点取的第二位置，为单元的 J 节点
3.2-6
• 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 OK
3.2-7
•
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
• 选择 OK
电感值 (H)
3.2-9
•
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 第二点
鼠标点取 的第一点
识别号
• 选择 OK
电容值 (farads)
•
在选取框内选择Pick ALL （由于前面选了APPLY）
次极耦合
设置号唯一
• 选择OK
3.2-42
• 铁芯外边加通量平行边界条件 Preproc>loads>apply>boundary>flux par’l on lines • 选择OK
注：线段颜色变亮
3.2-43
• •
进行模拟，进入求解器 Solu>new analysis [HARMONIC] 设置模拟频率 Solu>time/frequenc>freq&substps
• 选择 APPLY (输入次极线圈数据)
3.2-30
•
在实常数组2中输入次极线圈数据
• 选择 OK
3.2-31
建电路单元
• • 工作平面处于屏幕中心 Preproc>create>circuit>center WP 建初极独立电压源IVS .. Circuit>indp vltg src>AC/DC harmonic
磁路 不同颜色表示不同材料
3.2-17
次极 空气隙
初极
•
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
3.2-18
•
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
全部边线通量平行
– 次极
• 短路
3.2-19
• •