ANSYS電磁場(chǎng)培訓(xùn)手冊(cè)31

第三章

第2節(jié)二維交流和瞬態(tài)分析110Ω電阻器50mH電感器2μf電容器

24伏電壓源電路單元應(yīng)用問題描述電路由如下組成:10Ω電阻50mH電感器2μf電容器電壓源24伏（峰值）1000Hz頻率分析順序建模進(jìn)行模擬后處理電流功率2Circ124單元類型除了指定界面單元外，它不是有限元范疇的一部分線單元并不象Plane53或Plane13要分網(wǎng)格具有模擬不同電路單元的多種性能電阻器，電感器，電容器不同類型的電流源不同類型的電壓源互感器單元廣泛幫助從Help查詢到Circ124單元類型(典型例）3用實(shí)用命令菜單中的命令清除數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)

Utility>file>clearandstartnew如下菜單生成電路單元

Preproc>create>circuit在生成任何電路單元前，需要調(diào)整工作平面

Preproc>create>circuit>centerWP首先建立獨(dú)立電壓源(IVS)4建立IVSCircuit>independentvltgsource>DC/ACharmonic鼠標(biāo)變成“橡皮筋”狀態(tài)，自由定位電路單元的位置在圖形窗口中，必須用鼠標(biāo)選取三個(gè)位置單元的起始節(jié)點(diǎn)單元的終止節(jié)點(diǎn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)左邊或右邊的偏置量IVS（獨(dú)立電壓源）5鼠標(biāo)點(diǎn)取的第一位置，為單元的I節(jié)點(diǎn)鼠標(biāo)點(diǎn)取的第二位置，為單元的J節(jié)點(diǎn)鼠標(biāo)點(diǎn)取的第三位置，以確定單元的定位6一旦鼠標(biāo)點(diǎn)取完三個(gè)位置，程序彈出一個(gè)對(duì)話框以輸入IVS的參數(shù)V4識(shí)別號(hào)電壓幅值(峰值)，不是均方根值相位角(度)選擇OK7建電阻器..Circuit>resistor當(dāng)選擇第二個(gè)位置時(shí)，雙擊鼠標(biāo)，使其同時(shí)也成為第三個(gè)位置這并不必須完全點(diǎn)取在同一個(gè)位置，電路建模器會(huì)自動(dòng)捕捉到已存在的節(jié)點(diǎn)鼠標(biāo)點(diǎn)取的第一點(diǎn)鼠標(biāo)點(diǎn)取的第二點(diǎn)識(shí)別號(hào)電阻值Ω選擇

OK8建電感器..Circuit>inductor當(dāng)選擇第二個(gè)位置時(shí)，雙擊鼠標(biāo)，使其同時(shí)也成為第三個(gè)位置這并不必須完全點(diǎn)取在同一個(gè)位置，電路建模器會(huì)自動(dòng)捕捉到已存在的節(jié)點(diǎn)鼠標(biāo)點(diǎn)取的第一點(diǎn)鼠標(biāo)點(diǎn)取的第二點(diǎn)識(shí)別號(hào)電感值(H)選擇

OK9建電容器..Circuit>capacitor當(dāng)選擇第二個(gè)位置時(shí)，雙擊鼠標(biāo)，使其同時(shí)也成為第三個(gè)位置這并不必須完全點(diǎn)取在同一個(gè)位置，電路建模器會(huì)自動(dòng)捕捉到已存在的節(jié)點(diǎn)鼠標(biāo)點(diǎn)取的第一點(diǎn)鼠標(biāo)點(diǎn)取的第二點(diǎn)識(shí)別號(hào)電容值(farads)選擇

OK10到這里，，建模就就完成了了電路單元元的每一一個(gè)閉合合回路要要求約束束電壓（（VOLT）自由度（（接地））Preproc>loads>apply>boundary>-voltage-onnodes選取回路路中的任任何一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇OK11執(zhí)行求解Solu>newanalysis[Harmonic]設(shè)置激勵(lì)頻率率Solu>time/frequenc>freqandsubstps選擇OKSolu>currentLS選擇OK12為獲取電路單單元結(jié)果，可可列表顯示單單元解缺省狀態(tài)下的的激活結(jié)果為為虛數(shù)解Postproc>listresults>elementsolution選擇OK13虛數(shù)分量求解解結(jié)果14為獲取電路單單元結(jié)果，可可列表顯示單單元解必須讀入實(shí)數(shù)數(shù)解Postproc>-readresults-byloadstep選擇[REAL]選擇OKPostproc>listresults>elementsolution15實(shí)數(shù)分量求解解結(jié)果162D變壓器應(yīng)用實(shí)實(shí)例問題描述變壓器初極構(gòu)構(gòu)成如下:2Ω直流電阻1080匝變壓器次極構(gòu)構(gòu)成如下:.02Ω直流電阻108匝電壓源60伏特峰值60Hz頻率線圈在75C疊層長度:70mm初極次極磁路空氣隙不同顏色表示示不同材料17分析過程利用對(duì)稱性模擬次極短路路情況建立電路模型型實(shí)常數(shù)設(shè)置耦合進(jìn)行交流分析析后處理電流功率18物理區(qū)域描述述鐵區(qū)導(dǎo)磁疊片鐵芯，無無須考慮集膚膚效應(yīng)線圈區(qū)絞線圈(無無集膚效應(yīng))導(dǎo)電率隨溫度度的增加而增增加初極由獨(dú)立電壓源源（IVS）驅(qū)動(dòng)次極短路全部邊線通量量平行19材料性質(zhì)鐵μr=10,000ρ:Notinput線圈μr=1ρ=2E-7空氣氣μr=1空氣氣鐵次極極線線圈圈初極極線線圈圈20用in_tran宏建建立立變變壓壓器器對(duì)對(duì)稱稱的的一一半半模模型型在命命令令行行輸輸入入：：in_tran變壓壓器器模模型型鐵芯芯疊疊片片:材材料料2空氣氣隙隙初極極次極極21模型型數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)組件件初極極線線圈圈p-side(單元元+節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn))次極極線線圈圈s-side(單元元+節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn))單元元類類型型2用用于于兩兩個(gè)個(gè)線線圈圈區(qū)區(qū)域域兩個(gè)個(gè)線線圈圈的的橫橫截截面面積積相相同同，，并并用用參參數(shù)數(shù)ACOND定義義單元元類類型型222電路路單單元元條條件件初極極由一一個(gè)個(gè)獨(dú)獨(dú)立立電電壓壓源源(IVS)單元元提提供供激激勵(lì)勵(lì)載載荷荷用一一個(gè)個(gè)絞絞線線圈圈將將獨(dú)獨(dú)立立電電壓壓源源(IVS)連接接到到有有限限元元區(qū)區(qū)域域上上次極極用一一個(gè)個(gè)小小電電阻阻模模擬擬短短路路條條件件用一一個(gè)個(gè)絞絞線線圈圈將將電電阻阻連接接到到有有限限元元區(qū)區(qū)域域上上要求求在在單單元元類類型型選選項(xiàng)項(xiàng)中中激激活活這這些些自自由由度度23線圈圈區(qū)區(qū)域域單單元元類類型型的的自自由由度度選選項(xiàng)項(xiàng)必必須須激激活活Preproc>elementtype>-add/edit/delete[OPTIONS]選擇擇OK線圈圈單單元元類類型型號(hào)號(hào)要求求選選取取這這些些自自由由度度24每個(gè)個(gè)線線圈圈必必須須輸輸入入實(shí)實(shí)常常數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，使使之之符符合合于于指指定定的的直直流流電電阻阻值值次邊邊(s-邊)實(shí)實(shí)常常數(shù)數(shù)設(shè)設(shè)置置號(hào)號(hào)2原邊邊(p-邊)實(shí)實(shí)常常數(shù)數(shù)為為125對(duì)于于平平面面模模型型，，絞絞線線圈圈實(shí)實(shí)常常數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)組組成成如如下下區(qū)域域截截面面積積(CARE)=線圈圈單單元元的的總總面面積積（（可可用用面面積積求求和和））匝數(shù)數(shù)(TURN)長度度:必必須須為為折折合合長長度度(LENG)電流正正方向向（“進(jìn)”或“出”平面方方向））（RIRZ））線圈填填充系系數(shù)(FILL)（隨后計(jì)計(jì)算））線圈單單元圖圖26如果用用兩個(gè)個(gè)截面面來模模擬線線圈，，則線線圈電電阻應(yīng)應(yīng)分配配到兩兩個(gè)截截面上上如果只有一一個(gè)截面模模擬整個(gè)線線圈電阻，，那么這個(gè)個(gè)截面必須須相應(yīng)于線線圈電阻（（例題所示示）平面截面線線圈填充系系數(shù)表達(dá)式式為：ARcoilCf=

N2ρL式中N=線圈匝數(shù)ρ=電阻率(Ω-M)L=折合長度(M)(折合長度L可能需作適適當(dāng)調(diào)整，，以計(jì)及終終端繞組的的影響）A=線圈區(qū)域單單元面積(m2)Rcoil=單個(gè)線圈電電阻(Ω)27對(duì)于初極線線圈N=1080L=.07mρρ=.2E-7Ω-mRcoil=2ΩΩA=ACOND=.00125m2Cf=.07258(對(duì)應(yīng)于一個(gè)個(gè)線槽內(nèi)的的整個(gè)線圈圈)對(duì)于次極線線圈N=108L=.07mρρ=.2E-7Ω-mRcoil=.02ΩA=ACOND=.00125m2Cf=.653184(對(duì)應(yīng)于一個(gè)個(gè)線槽內(nèi)的的整個(gè)線圈圈)28這些值輸入入到每個(gè)線線圈的實(shí)常常數(shù)組中初極線圈，，實(shí)常數(shù)組組設(shè)置為1Preproc>realconstants>選擇EDIT對(duì)應(yīng)于初極極線圈對(duì)應(yīng)于初極極線圈選擇OK29在實(shí)常數(shù)1中，輸入入初極線圈圈數(shù)據(jù)線圈區(qū)單元元類型號(hào)選擇APPLY(輸入次極線線圈數(shù)據(jù))30在實(shí)常數(shù)組組2中輸入入次極線圈圈數(shù)據(jù)選擇OK31建電路單元元工作平面處處于屏幕中中心Preproc>create>circuit>centerWP建初極獨(dú)立立電壓源IVS..Circuit>indpvltgsrc>AC/DCharmonic變壓器有限限元區(qū)首先，鼠標(biāo)標(biāo)選取起始始節(jié)點(diǎn)其次，鼠標(biāo)標(biāo)選取終止止節(jié)點(diǎn)最后，鼠標(biāo)標(biāo)點(diǎn)取電路路單元的偏偏置位置32峰值（電壓壓）相位角（度度）電路單元標(biāo)標(biāo)志號(hào)選擇OK注:完成此窗口口后，才顯顯示實(shí)際電電路單元第三個(gè)位置置選取后輸輸入:33建立絞線圈圈單元(SCE)，，將plane53單元構(gòu)成的的線圈截面面與獨(dú)立電電壓源（IVS）相連接..Circuit>strndcoil-首先，鼠標(biāo)標(biāo)選取SCE連接到IVS的一端第二，鼠標(biāo)標(biāo)選取SCE連接到IVS的另一端第三，用鼠鼠標(biāo)選取SCE的偏置位置置最后的鼠標(biāo)標(biāo)點(diǎn)取將SCE連接到有限限元區(qū)的橫橫截面上，該單元必須須為初極的的有限元單單元建初極線圈圈34絞線圈單元元的附加信信息標(biāo)志各個(gè)SCE允許SCE改變已定義義好的實(shí)常常數(shù)值選擇OK35建電阻（1E-8歐姆），模模擬短路..Circuit>resistor鼠標(biāo)第一次次選取鼠標(biāo)第二次次選取鼠標(biāo)第三次次選取電阻器識(shí)別別號(hào)和電阻阻值選擇OK建次極電路路36建SCE，將次極電路路與電阻器器(RES)相連接鼠標(biāo)第一次次選取將SCE連接到RES鼠標(biāo)第二次次選取鼠標(biāo)第三次次選取最后的鼠標(biāo)標(biāo)點(diǎn)取將SCE連接到次極極單元采用與前面面定義過的的絞線圈相相同的數(shù)據(jù)據(jù)選擇OK用戶線路設(shè)設(shè)備標(biāo)識(shí)圖圖37每個(gè)獨(dú)立回回路必須約約束VOLT自由度Preproc>loads>apply-electric-boundary>-voltage-onnodes每個(gè)獨(dú)立回回路選一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇OK窗口輸入“0”選擇OK38選擇APPLY線圈區(qū)要求耦耦合CURR和EMF自由度以使電電流守恒，以以及使繞組電電流均勻分布布初極利用P-SIDE組件選取初極極單元節(jié)點(diǎn)在初極生成兩兩組耦合Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF選擇PickALL39在選取框內(nèi)選選擇PickALL（由于由于前面面選了APPLY））選擇OK設(shè)置號(hào)必須不不相同選擇OK初極耦合40對(duì)初極必須生生成相同類型型的耦合組利用組件S-SIDE選擇次極節(jié)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)次極生成兩兩組耦合Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF選擇PickALL選擇APPLY設(shè)置號(hào)必須唯唯一41在選取框內(nèi)選選擇PickALL（由于前面選了了APPLY））設(shè)置號(hào)唯一次極耦合選擇OK42鐵芯外邊加通通量平行邊界界條件Preproc>loads>apply>boundary>fluxpar’’lonlines選擇OK注：線段顏色色變亮43進(jìn)行模擬，進(jìn)進(jìn)入求解器Solu>newanalysis[HARMONIC]設(shè)置模擬頻率率Solu>time/frequenc>freq&substps選擇OK44激活整個(gè)模型型Utility>select>everything開始求解Solu>CurrentLS確認(rèn)模型為二二維電路附加自由由度選擇OK45讀入結(jié)果，圖圖形顯示兩種種結(jié)果Postproc>byloadstep[REAL]實(shí)數(shù)解Postproc>byload[IMAGINARY]虛數(shù)解46確認(rèn)線圈的直直流電阻選擇線圈區(qū)域域（材料3））定義單元表選選項(xiàng)(ERES)求電阻Postproc>elementtable>definetable[ADD]從Help查詢PLANE53單元47生成ERES求和只選初極線圈圈單元：p-side組件對(duì)全部激活單單元的ERES求和Postproc>elementtable>sumofeachitem選擇OK只選擇次極線線圈單元：s-side組件對(duì)全部激活單單元的ERES求和Postproc>elementtable>sumofeachitem選擇OK48電路單元結(jié)果果包括:線圈電流功率選擇電路單元元Postproc>listresults>elementsolution選擇OK為了得到實(shí)數(shù)數(shù)解結(jié)果，首首先重新讀入入實(shí)數(shù)解載荷荷步，重復(fù)上上述列表（List）操作49功率(W)電流(A)50采用次極的短短路結(jié)果，計(jì)計(jì)算初極阻抗抗Zeq=Vp/Isc式中Vp=60Isc=+.809+j-3.39(A)Zeq=4.00+j16.75ΩΩ51瞬態(tài)分析瞬態(tài)分析是時(shí)時(shí)變分析的一一種通用方式式非正弦輸入脈沖寬度調(diào)制制測(cè)試數(shù)據(jù)信號(hào)號(hào)軌跡躍變電壓電容放電交流分析不建建議采用飽和和材料需要精確的信信號(hào)輸出模型內(nèi)包含永永磁體在由磁體構(gòu)成成的致動(dòng)器上上加載躍變電電壓52對(duì)物理區(qū)域的的考慮與交流流分析中的要要求相同電壓與線圈輸輸入勵(lì)磁載壓線圈的附附加數(shù)據(jù)面積、匝數(shù)、、填充系數(shù)（（軸對(duì)稱）面積、匝數(shù)、、方向、長度度、填充系數(shù)數(shù)（平面）電阻率RSVX(Ω-m)絞線圈與塊導(dǎo)導(dǎo)體塊導(dǎo)體的自由由度耦合塊導(dǎo)體的電阻阻率RSVX終端條件短路與開路集膚區(qū)域的網(wǎng)網(wǎng)格細(xì)化53致動(dòng)器——采采用躍變電壓壓利用前面演示示章節(jié)中用到到的交流致動(dòng)動(dòng)器躍變電壓條件件渦流效應(yīng)用自動(dòng)時(shí)間步步作瞬態(tài)模擬擬數(shù)據(jù)貯存控制制，有效地控控制資源利用用每個(gè)時(shí)間步后后處理單自由度值（（線圈電流））單元數(shù)據(jù)求和和力功率（圓環(huán)））銜鐵圓環(huán)線圈54物理區(qū)域圓環(huán)自由空間磁導(dǎo)導(dǎo)率電阻率ρ=.171E-7ΩΩ-m電壓供電線圈圈12Ω直流電阻400匝銜鐵和定子高電電阻阻（（無無渦渦流流））導(dǎo)磁磁率率——使使用用BH磁化化曲曲線線圓環(huán)環(huán)線圈圈銜鐵鐵定子子H(A/m)B(T)55勵(lì)磁磁線圈圈加加24伏伏躍躍變變電電壓壓時(shí)間間（（S））電壓壓(V)24圓環(huán)環(huán)線圈圈銜鐵鐵56利用用trsolen宏命命令令生生成成模模型型、、單單元元、、實(shí)實(shí)常常數(shù)數(shù)組組、、材材料料命令令窗窗口口輸輸入入trsolen建模模圓環(huán)環(huán)線圈圈銜鐵鐵57定義義組組件件COIL(線圈圈單單元元)ARMATURE(銜鐵鐵)RING(圓環(huán)環(huán))線圈圈區(qū)區(qū)域域包包括括電流自由度度（CURR））實(shí)常數(shù)(4)、400匝、24Ω電阻率RSVX為0.171E-7ΩΩ-m環(huán)線圈銜鐵58完成邊界條條件設(shè)置施加銜鐵力力標(biāo)志Solu>apply>flag>comp.force[ARMATURE]模型邊界平平行邊界條條件Solu>apply>boundary>-fluxpar’l-onlines線圈區(qū)域加加24伏電電壓Solu>apply>excitation>-voltagedrop-onareas(24伏電壓加到到線圈區(qū))載壓線圈的的電流耦合合59定義瞬態(tài)分分析Solu>newanalysis[TRANSIENT]選擇OK定義將結(jié)果果寫入結(jié)果果文件的頻頻度Solu>outputctrls>DB/resultsfile控制將結(jié)果果寫入結(jié)果果文件的頻頻度，“2”表示每隔一一個(gè)時(shí)間子子步寫入一一次結(jié)果文文件選擇OK60定義載荷步步時(shí)間和時(shí)時(shí)間步長（（子步長））Solu>time/frequenc>timeandsubstps建議：利用用前面分析析中的L計(jì)算L/R時(shí)間常數(shù)，，并放大5倍起始時(shí)間步步長為.01/40在第一時(shí)間間步就施加加激勵(lì)61允許程序自自動(dòng)確定時(shí)時(shí)間步長定義允許的的最小時(shí)間間步長，時(shí)時(shí)間步長由由場(chǎng)的變化化速度來控控制定義允許的最最大的時(shí)間步步長。根據(jù)用用戶在后處理理中繪圖或列列表時(shí)，要求求觀察多少個(gè)個(gè)中間結(jié)果而而定設(shè)為“yes”表示允許在瞬瞬態(tài)分析中使使用前一時(shí)間間步的時(shí)間步步長步開始進(jìn)進(jìn)行下一載荷荷步的分析選擇OK完成時(shí)間和時(shí)時(shí)間步長的數(shù)數(shù)據(jù)輸入62開始分析激活整個(gè)模型型Solu>currentLS確認(rèn)分析類型型已改變確認(rèn)使用了電電壓供電線圈圈選項(xiàng)63確認(rèn)時(shí)間和時(shí)時(shí)間步控制的的輸入數(shù)據(jù)證實(shí)結(jié)果存儲(chǔ)儲(chǔ)的頻度，缺缺省只保存每每個(gè)時(shí)間步最最后子步的結(jié)結(jié)果64選擇OK由于鐵芯區(qū)使使用了BH曲線（非線性性），在求解解過程中會(huì)顯顯示收斂范數(shù)數(shù)求解時(shí)間（秒秒）在不斷修修正的65對(duì)整個(gè)分析過過程的線圈電電流進(jìn)行后處處理TimeHist>definevariables[ADD]線圈節(jié)點(diǎn)的CURR自由度可以顯顯示線圈電流流的時(shí)間歷程程選擇OK用于結(jié)構(gòu)分析析66在線圈區(qū)選擇擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)這是在線圈區(qū)區(qū)選擇的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào)（（自動(dòng)輸入））線圈電流自由由度參考號(hào)>1選擇OK該名字將顯示示在圖形窗口口中，應(yīng)其他他變量名區(qū)分分開來67當(dāng)前所定義變變量的概總信信息選擇CLOSE68圖示線圈電流流選擇OK可選擇輸入其其他變量（采采用相同標(biāo)度度）上述定義的參參考號(hào)69列出最大/最最小值Thpost>listextremes選擇OK(缺省情況下，，列出全部變變量)線圈電流的時(shí)時(shí)間歷程列表表顯示（隨時(shí)時(shí)間變化值））（根據(jù)所貯貯存的結(jié)果數(shù)數(shù)據(jù)）Thpost>listvariables選擇OK70在每個(gè)時(shí)間步步需要進(jìn)行單單元求和的項(xiàng)項(xiàng)目，必須使使用Elec&mag中的選選項(xiàng)TimeHist>elec&mag>magnetics概述文文件和和圖形形文件件名銜鐵磁磁力(牛)環(huán)功率率損失失（瓦瓦）71當(dāng)顯示示概述述文件件時(shí)，，操作作即告告完成成72trsol.plt圖形文文件可可利用用ANSYS中的DISPLAY實(shí)用程程序觀觀察（（從ANSYS啟動(dòng)界界面進(jìn)進(jìn)入））1)打開圖圖形文文件trsol.pltfile>opengraphicsfile[trsol.plt]2)按“Plotnext”73trsol.plt文件中中還貯貯存有有其他他圖形形10-1圓環(huán)功功率（（瓦））74可針對(duì)對(duì)分析析過的的某個(gè)個(gè)特定定時(shí)間間點(diǎn)對(duì)對(duì)整個(gè)個(gè)模型型進(jìn)行行后處處理通過列列表顯顯示結(jié)結(jié)果文文件中中的數(shù)數(shù)據(jù)，，可確確定有有哪些些結(jié)果果可處處理Postproc>resultssummary75讀入結(jié)結(jié)果有有多種種方法法1)利用載荷荷步和子子載荷步步例:載載荷步步1、子子步10相應(yīng)于于時(shí)間=.0045時(shí)的結(jié)果果Postproc>byloadstep選擇OK顯示BSUM762)利利用結(jié)果果集號(hào)（（set號(hào)）例:載載荷步步1、set5讀取.0045秒的結(jié)果果773)如果要讀讀入規(guī)定定時(shí)刻的的結(jié)果，，后處理理器自動(dòng)動(dòng)在兩個(gè)個(gè)與所定定義時(shí)間間最接近近的結(jié)果果集之間間插值，，例如