ANSYS電磁場培訓手冊15

第二章

第3節(jié)2-D靜磁學1求解模型的單位制:SI分析中使用的單位制為國際單位制:SI力(牛頓）能量(焦耳）功率（瓦）長度（米）時間（秒）質(zhì)量（公斤）磁通密度B（特斯拉）磁場強度H（安培/米）電流（安培）電阻率ρ（歐姆-米）電壓V（伏）電感L（亨）磁導率μr(亨/米）電容（法拉）2基本關系式:B=μH,其中μ=μrμ0μ可為單一值（線性）各相同性或正交各向異性

Preproc>materialprops>isotropic平面屬性要求賦予材料質(zhì)性號μr

相對磁導率3μ可為非線性，以模擬飽和狀態(tài)BH曲線數(shù)據(jù)能從ANSYS55材料庫中獲得 缺省的BH材料庫在ansys55目錄下的matlib子目錄中:

Preproc.>materialprops>materiallibrary>librarypath通過指定路徑可在其它位置得到材料數(shù)據(jù)4BH數(shù)據(jù)可用如下方式輸入

Preproc>materialprops>materiallibrary>importlibrary選擇材料選擇材料屬性選擇OK5BH數(shù)據(jù)生成圖形和列表顯示表示在列表顯示中的數(shù)據(jù)點號材料號6數(shù)據(jù)也可列成表格.這種表格也能人工制成

Utility>list>properties>datatables選擇OK7BH曲線輸入指南數(shù)據(jù)點(0,0)不要輸入定義曲線彎曲處的數(shù)據(jù)點要密（見M54的數(shù)據(jù)點）BH曲線要避免生成S形通常M鋼定義BH數(shù)據(jù)到8,000A/m數(shù)據(jù)需要外推這些曲線的μ值通常需要附加大量的數(shù)據(jù)以使得μ值由大逐漸變到最終斜率最終斜率為空氣值(μ0)8BH數(shù)據(jù)輸入應用實例: 400系列不銹鋼輸入如下數(shù)據(jù)

H(A/m)B(T)

790.0.771575.1.102365.1.307875.1.5015750.1.5631500.1.6347245.1.6678740.1.709首先定義數(shù)據(jù)表，然后把BH數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)表中

Preproc>materialprops>datatables>define/activate平面屬性要求賦予材料號選擇OK10利用編輯激活活表格輸入BH數(shù)據(jù)Preproc>materialprops>datatables>editactive輸入數(shù)據(jù)后，，用鼠標點取取File>Apply/Quit圖示:Preproc>materialprops>datatables>graph列表:Preproc>materialprops>datatables>list11實際求解需要要用到dν/dB2為避免粗劣的的v=Yu條件曲線，ν-B2應該是單調(diào)的的。Utility>plot>datatables>graphNUvs.B**212把該曲線數(shù)據(jù)據(jù)放置在庫內(nèi)內(nèi)，以備將將來使用。Preproc.>materialprops>materiallibrary>exportmaterial選擇文件名選取生成的BH數(shù)據(jù)的材料屬屬性13應用實例:軸軸對稱直流流致動器課題描描述軸對稱稱線圈為為直流流供電電銜鐵居居中但但懸空空在定定子上上方。。分析順順序用axis2d宏建模模完成建建模后后，加加邊條條件求解后處理理力磁動勢勢誤差范范數(shù)電流磁力線線路徑圖圖示能量電感“氣隙隙”(mm)“線圈”部件件“銜鐵”部件件材料號5(同銜鐵鐵)14勵磁直流施施加到到線圈圈:3安培性質(zhì)銜鐵/定子子:上上述BH曲線線圈:300匝匝,26線線徑，，μr=1空氣:μr=1單位:毫毫米米(mm)15對于大大多數(shù)數(shù)應用用，通通常指指定電電壓，，線圈圈電流流是算算出來來的.26線規(guī)直直徑(Dw)=0.404mm(在20攝氏氏度下下)銅電阻阻率(ρ)=17.14E-9ΩΩ-m（（在20攝氏氏度下下）匝數(shù)(N)=300線圈中中徑為為8mm(Rmid)均勻填填充圓圓線圈圈的電電阻為為：R=16000NρρRmid/Dw2R=4.03ΩΩ對于靜靜態(tài)分分析，，12V電壓相相應的的電流流為2.98安安，本本分析析采用用3安安。16參數(shù)化建建模需要要：參數(shù)GAP必須定義義在命令行行輸入gap=.5并回車點取OK選擇分網(wǎng)網(wǎng)密度Preproc>sizecntrl>basic17axis2s宏生成模模型銜鐵單元元部件ARMATURE線圈面積積參數(shù)ACOND線圈單元元部件COIL在ANSYS命令窗口口輸入axis2s并回車，，以建立立模型18材料號1為空空氣完善邊界界條件通量平行邊邊界條件Preproc>loads>apply>boundary>-fluxparl-lines選擇模型邊邊界上的所所有線19如下方式定定義材料號號1（自自由空間磁磁導率）Preproc>materialprops>isotropic選擇OK選擇OK20給線圈平面面加載線圈圈電流Preproc>loads>apply>excitation>-currentdensity-areas選擇線圈平平面選擇OK21給銜鐵加力力邊界條件件標志Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>CompForce選擇OK用不同的方方法計算力力，故加載載兩種標志志Maxwell應力張量虛功選擇ARMATURE22選擇所有幾幾何和有限限元實體進行模擬Solution>electromagnetic>opt&solve選擇OK（采用缺省設設置進行求求解）請確認23磁力線Postproc>plotresults>2Dfluxlines注意漏磁位位置線圈區(qū)定子上角定子與銜鐵交交界位置24計算力Postproc>elec&magcalc>comp.force軸對稱模型只只產(chǎn)生垂直方方向力定義單元表項項FVW_Y虛功Y方向力FMX_YMaxwell應力Y方向力環(huán)狀模型力總總和選擇OK25用與銜鐵鄰接接的空氣單元元來計算銜鐵鐵力，并顯示示首先選擇空氣氣單元1)首先選選擇空氣單元元-材料屬屬性為1選擇Apply2)用Num/Pick從中選取鄰近近銜鐵面空氣氣單元用框選取26虛功方法計算算垂直力并用用等值圖顯示示Postproc>plotresults>elemtable在氣隙中選取取空氣單元選擇OK27用路徑圖示選選項(PATH)能獲得沿銜鐵鐵面的力的分分布圖必須定義路徑徑Postproc>pathoperations>definepath>bynodes點取節(jié)點2給一個任意的的名字增加沿路徑的的數(shù)據(jù)采樣點點的數(shù)量點取節(jié)點1選擇OK28路徑定義信息息如下路徑內(nèi)的結(jié)果果插值是在總總體坐標系下下（與柱坐標標系或其它局局部坐標系相相比）路徑由直線線組成29單元表項FVW_Y中的力必須須插值到路路徑上Postproc>pathoperations>mapontopath任意名選擇ETAB.FVW-Y選擇OK30將FVW_Y沿路路徑徑顯顯示示Postproc>pathoperations-plotpathitems-ongeometry路徑圖示示迭加在在幾何體體上已定義將路徑顯顯示圖縮縮放到一一個較好好的程度度選擇OK31節(jié)點作用在銜銜鐵上的的垂直方方向力的的路徑圖圖示32離路徑節(jié)節(jié)點節(jié)點點1的距距離路徑上的的力(F_Y)也能打印印輸出Postproc>pathoperations>listpathitems選擇OK33線圈Lorentz力（JxB）選擇線圈圈區(qū)域并并定義為為一個部部件。Utility>select>comp/assembly>selectcomp/assembly選擇線圈圈為Lorentz力定義單單元表Postpro>elementtable>definetable選擇34任意名作用于整整個圓環(huán)環(huán)上的X方向的Lorentz力選擇OK選擇Add35線圈X方向Lorentz力的等值值圖Postproc>elementtable>plotelemtable選擇OK36作用在線線圈單元元上的總總力Postpro>elementtable>sumofeachitem該操作作作用于全全部激活活單元上上相當于360°°圓周上上的受力力單位為為牛頓:N37根據(jù)節(jié)點點磁場值值差異估估計誤差差，且作作為單元元表數(shù)據(jù)據(jù)貯存Postpro>mag&eleccalc>errorevalB_ERR單位(T)H_ERR單位(Amps/m)BN_ERR和HN_ERR由最大大值歸歸一化化38BN_ERR能用磁磁力線線圖進進行等等值顯顯示圖示BN_ERR單元表表項Postpro>elementtable>plotelemtable選擇OK激活NOERASE選擇Utility>plotcntrls>eraseoptions39圖示磁磁力線線Postpro>plotresults>2Dfluxlines選擇OK40線性和和非線線性材材料的的共能能計算算Postpro>elec&magcalc>coenergy選擇OK41也能計計算貯貯能Postproc>elec&magcalc>energy注：鐵鐵的共共能大大約是是貯能能的8倍，，表示示鐵的的飽和和效應應所致致42鐵單元元的磁磁導率率能用用等值值圖顯顯示Postpro>elementtable>選擇ADDplane53單元在在線幫幫助選擇OK這是絕絕對磁磁導率率43為了獲獲得相相對磁磁導率率，單單元表表應乘乘以MUZ系數(shù)將自由由空間間磁導導率賦賦予參參數(shù):MUZ=12.57x10-7Postpro>elementtable>additems用已已有有名名字字自由由空空間間磁磁導導率率參參數(shù)數(shù)不需需要要第第二二個個單單元元表表項項選擇擇OK44用等等值值圖圖顯顯示示相相對對磁磁導導率率MURPostpro>elementtable>plotelemtable注意意飽飽和和區(qū)區(qū)選擇擇tOK45沿閉閉合合線線計計算算磁磁動動勢勢MMF確保保整整個個模模型型都都被被激激活活必須須定定義義圍圍繞繞線線圈圈的的路路徑徑Postpro>elec&magcalc>definepath>bynodes選取取如如圖圖所所示示的的7個個節(jié)節(jié)點點，，可可從從任任一一節(jié)節(jié)點點開開始始路徑的最終節(jié)節(jié)點應與起始始節(jié)點是同一一個跨越空氣隙時時，氣隙兩邊邊的鐵邊界上上各選取一個個節(jié)點46完成路徑定義義由于鐵與空氣氣的界面處H值不連續(xù)，故故應增加采樣樣點的數(shù)目選擇OK47繞閉合回線計計算MMFPostpro>elec&magcalc>MMF選擇OKMMF正負號號由右右手定定則決決定，，路徑徑的反反時針針方向向與線線圈電電流的的方向向相反反（對對于軸軸對稱稱模型型，正正電流流方向向為進進行平平面方方向））48為了確確定鐵鐵芯飽飽和程程度，，沿定定子的的中間間部分分定義義一個個路徑徑并計計算MMF選取節(jié)節(jié)點1選取節(jié)節(jié)點2MMF=-384A-t49輸入的的總安安匝數(shù)數(shù)為900，鐵鐵芯的的中間間部位位有384安匝匝，也也就是是空氣氣隙中中只有有519安安匝（（忽略略其余余鐵芯芯中的的磁動動勢））如果384安匝匝中的的大部部分都都在空空氣隙隙中，，磁力力會有有多大