电磁场有限元分析
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电磁学有限元分析
矢量磁势和标量电势:
对于电磁场的计算,为了使问题得到简化,通过定义两个量来把电场和磁场变量分别开来, 分别形成一个独立的电场和磁场的偏微分方程,这样有利于数值求解。
B = N × A E = -VΦ
电磁场中常见的边界条件
狄利克莱边界条件、诺依属边界条件和两者的组合。
狄利克莱边界条件描述的是在狄利克莱边界条件上电势为O或者为某一常数。
狄利克莱边界条件和诺依曼边界条件分别给出了对应边界上的电势。
采用ansys可完成下列电磁场分析
二维和三维静态磁场分析、谐波磁场分析和瞬态磁场分析。
标量位、矢量位、棱边单元法的比较
磁标量位将电流源以基元的方式单独处理,无需为其建立模型和划分有限元网格。
矢量位方法
电磁宏
电磁宏指的就是操作命令。
远场单元及远场单元的使用
使用远场单元可以可以有效地、精确地、敏捷地描述远场耗散问题
二维静态磁场分析。
ac接触器电磁场有限元分析
电磁场有限元分析是一种用于研究电磁场的数值分析方法,它可以用来研究电磁场的分布、强度和特性。
有限元分析可以用来研究各种电磁元件,如电感、电容、变压器、电抗器、接触器等。
本文将介绍接触器的电磁场有限元分析。
接触器是一种电气元件,它的主要功能是控制电路的开关,它可以控制电路的开关,以及
控制电路的电流和电压。
接触器的电磁场有限元分析可以用来研究电磁场的分布、强度和
特性。
首先,需要建立接触器的有限元模型,模型中包括接触器的外形、材料、尺寸等参数。
然后,根据模型,使用有限元分析软件,计算接触器的电磁场分布。
最后,根据计算结果,
可以得到接触器的电磁场强度、分布和特性。
电磁场有限元分析可以用来研究接触器的电磁场,从而更好地了解接触器的工作原理,提高接触器的性能。
此外,有限元分析还可以用来研究其他电磁元件的电磁场,如电感、电容、变压器、电抗器等。
总之,电磁场有限元分析是一种有效的数值分析方法,可以用来研究接触器的电磁场,从而更好地了解接触器的工作原理,提高接触器的性能。
电磁场有限元方法
电磁场有限元方法是一种用于求解电磁场分布的数值计算方法。
它基于有限元法,将连续的电磁场问题离散化为有限个区域,通过计算每个区域内的电磁场变量进行求解。
在电磁场有限元方法中,电磁场通常通过两个基本变量来描述:电场和磁场。
这些变量可通过Maxwell方程组进行表达,并且可以通过有限元法对其进行离散化。
在离散化过程中,整个计算区域被划分为小的有限单元,并在每个单元上建立适当的数学模型。
然后,通过求解相应的矩阵方程组,可以得到每个单元内的电磁场变量的近似解。
电磁场有限元方法的求解步骤通常包括以下几个步骤:
1. 网格划分:将计算区域划分为小的有限单元。
2. 建立数学模型:在每个单元上建立适当的数学模型来描述电磁场变量的行为。
3. 生成方程组:通过应用Maxwell方程组和适当的边界条件,可以得到矩阵方程组。
4. 求解方程组:使用数值求解方法,如迭代法或直接法,求解得到每个单元内的电磁场变量的近似解。
5. 后处理:根据得到的解,可以计算出其他感兴趣的物理量,如电流密度,功率密度等。
电磁场有限元方法在计算电磁场分布时具有很好的灵活性和精确性。
它广泛应用于电磁设备的设计和分析,如电机、变压器、传感器等。
水轮发电机单通风沟三维简化模型温升计算
一、问题分析
近年来,随着水轮发电机单机容量的不断增加,在发电机进行能量转换过程中产生的损耗不断增大,使其运行的温升问题日趋严峻。
根据上述情况,运用有限元分析方法,建立发电机单通风沟三维简化模型进行发电机温升计算。
二、电机单通风沟有限元分析
1.1 水轮发电机单通风沟三维简化模型建立
根据实际水轮发电机结构和通风沟特点,并考虑可接受误差,进行适当简化,以便于简化有限元分析计算得到以下模型,如图1所示。
图1 发电机单通风沟简化物理模型
由图1所示:水轮发电机单风沟简化物理模型三维求解域在轴向上包含发电机一个通风沟以及通风沟两侧各半个轴向铁心段;幅向上包含发电机定子三个槽、转子两个槽。
根据有限元分析特点,对发电机单通风沟简化物理模型进行网格剖分,得到发电机单通风沟简化物理模型剖分图如图2所示。
图2 电机单通风沟简化物理模型网格剖分
由于物理模型较小,可以适当加密剖分进而提高计算精度,故采用楔形和六面体的混合网格进行剖分,总网格数共48万,节点数为30万。
利用有限体积法,将流体场和温度场进行强耦合求解,从而
得到发电机的详细温升分布情况。
1.2 边界条件
在图1中,求解域内的面
S为径向通风沟的进风口,沿径向与面
1
S对应的面2S为径向通风沟的出风口。
由此,根据所研究发电机的实1
际运行工况,可以给定如下发电机单风沟物理模型的边界条件:1)冷却空气的初始基值绝对温度为0K;
2)径向通风沟入口
S风速为5.1m/s的速度入口边界,通风沟出
1
口
S为自由流动边界;
2
3)求解域其它外边界均为绝热面,发电机内部流体与固体的接
触面均为无滑移边界面。
采用有限体积法,利用共轭传热问题的相关求解技术,可以对双馈水轮发电机温升分布情况进行流—热耦合场数值计算。
进入单个径向通风沟内的空气流速为5.1m/s。
三、计算结果
图3 发电机温升计算值
如图3所示:发电机转子温升略高于定子,尤其是绕组位置最为明显,最高温升点出现在转子绕组处,最高温升为56.91K;无论定转子,绕组部分的温升高于铁心部分温升;对于在铁心部分,铁心齿部温升明显高于轭部温升。
取求解域中铁心轴向远风端模型的外表面,即实际发电机单铁心段轴向中心位置处截面为采样面,该采样面为求解域内最高温升所在的轴向截面,提取该采样面温升如图3-a)所示;取通风沟轴向中心截面为另一采样面,该采样面为求解域内最低温升所在位置,如图3-b)所示。
a)铁芯远风端外表面温升计算值b)通风沟轴向中心截面温升计算值
图4 温升极值所在轴向截面计算值
由图4-a)图可知:发电机转子绕组的温升最高,数值为56.91K,并且由数值计算结果可知,其位置位于发电机转子上层绕组径向偏下处,且转子绕组温升上层明显高于下层,而定子绕组温升相对于转子绕组的较低。
如图4-b)可见:在该区域转子绕组的温升依然最高,最高温升同样为55.82K,比最热面转子绕组的最高温升低了1.09K,由于绕组铜有着良好的导热性能,发电机内流体流动以及温升达到稳定状态后,绕组沿轴向的温升变化幅度很小,而通风沟内的绕组受到冷却空气的吹拂作用,散热性能优于铁心槽内绕组,故温升较低;最低温升为0K,在冷却空气入口处。