電磁場(chǎng)分析指南2D諧波AC磁場(chǎng)分析

1、第三章-諧波（）磁場(chǎng)分析3.1 什么是諧波磁場(chǎng)分析諧波效應(yīng)來自于電磁設(shè)備和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體中的交流電(AC)和外加諧波電磁場(chǎng)，這些效應(yīng)主要包括：渦流集膚效應(yīng)渦流致使的能量損耗力和力矩阻抗和電感諧波分析的典型應(yīng)用為：變壓器、感應(yīng)電機(jī)、渦流制動(dòng)系統(tǒng)和大多數(shù)AC設(shè)備。諧波分析中中不允許存在永磁體。忽略磁滯效應(yīng)。3.2 線性與非線性諧波分析對(duì)于低飽和狀態(tài)，進(jìn)行線性的時(shí)間-諧波分析時(shí)，可假設(shè)導(dǎo)磁率為常數(shù)。對(duì)于中高飽和條件，應(yīng)考慮進(jìn)行非線性的時(shí)間-諧波分析或時(shí)間-瞬態(tài)求解（第4章）。對(duì)于交流穩(wěn)態(tài)激勵(lì)的設(shè)備，在中等到高飽和狀態(tài)，分析人員最感興趣的要獲得總的電磁力、力矩和功率損失，很少涉及實(shí)際磁通密度具體波形。在這種

2、情況下，可進(jìn)行非線性時(shí)間-諧波分析，這種分析能計(jì)算出具有很好精度的“時(shí)間平均”力矩和功率損失，又比進(jìn)行瞬態(tài)-時(shí)間分析所需的計(jì)算量小得多。非線性時(shí)間-諧波分析的基本原則是由用戶假定或基于能量等值方法的有效B-H曲線來替代直流B-H曲線。利用這種有效B-H曲線，一個(gè)非線性瞬態(tài)問題能有效地簡(jiǎn)化為一個(gè)非線性時(shí)間-諧波問題。在這種非線性分析中，除了要進(jìn)行非線性求解計(jì)算外，其它都與線性諧波分析類似。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，在給定正弦電源時(shí)，非線性瞬態(tài)分析中的磁通密度B是非正弦波形。而在非線性諧波分析中，B被假定為是正弦變化的。因此，它不是真實(shí)波形，只是一個(gè)真實(shí)磁通密度波形的時(shí)間基諧波近似值。時(shí)間平均總力、力矩和損失是由

3、近似的磁場(chǎng)基諧波來確定，逼近于真實(shí)值。3.3 二維諧波磁場(chǎng)分析中要用到的單元在渦流區(qū)域，諧波模型只能用矢量位方程描述，固只能用下列單元類型來模擬渦流區(qū)。詳細(xì)情況參見ANSYS單元手冊(cè)，該手冊(cè)以單元號(hào)為序排列。ANSYS理論參考手冊(cè)也有進(jìn)一步的講述。表1. 2-D實(shí)體單元單元維數(shù)形狀或特性自由度PLANE132-D四邊形，4節(jié)點(diǎn)或三角形，3節(jié)點(diǎn)每節(jié)點(diǎn)最多4個(gè)：磁矢勢(shì)(AZ)、位移、溫度、或時(shí)間積分電勢(shì)。PLANE532-D四邊，8節(jié)點(diǎn)或三角形，6節(jié)點(diǎn)每節(jié)點(diǎn)最多4個(gè)：磁矢勢(shì)（AZ）、時(shí)間積分電勢(shì)、電流、或電動(dòng)勢(shì)降。表 2. 遠(yuǎn)場(chǎng)單元單元維數(shù)形狀或特性自由度INFIN92-D線型，2節(jié)點(diǎn)磁矢勢(shì)(AZ

4、)INFIN1102-D四邊形，4個(gè)或8個(gè)節(jié)點(diǎn)磁矢勢(shì)(AZ)、電勢(shì)、溫度表 3. 通用電路單元單元維數(shù)形狀或特性自由度CIRCU124無(wú)6節(jié)點(diǎn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多三個(gè)：電勢(shì)、電流或電動(dòng)勢(shì)降3.4 創(chuàng)建2-D諧波磁場(chǎng)的物理環(huán)境正如ANSYS其他分析類型一樣，對(duì)于諧波磁分析，要建立物理環(huán)境、建模、給模型區(qū)賦予屬性、劃分網(wǎng)格、加邊界條件和載荷、求解、然后觀察結(jié)果。2-D諧波磁分析的大多數(shù)步驟都與2-D靜磁分析的步驟相似。本章只討論與諧波分析相關(guān)的特殊步驟。2-D諧波磁分析采用與第2章“2-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析”同樣的步驟來設(shè)置GUI選項(xiàng)、分析標(biāo)題、單元類型和KEYOPT（關(guān)鍵選項(xiàng)）、單元坐標(biāo)系、實(shí)常數(shù)和單位制。定

5、義材料性質(zhì)時(shí)，使用在第2章中描述的方法，即：使用ANSYS材料庫(kù)所定義的材料性質(zhì)或ANSYS用戶自己定義的材料性質(zhì)。下面介紹對(duì)模型設(shè)置物理區(qū)域的某些準(zhǔn)則： 利用自由度來控制導(dǎo)體上的終端條件ANSYS程序提供幾種選項(xiàng)來控制導(dǎo)體上的終端條件，在建模中，這些選項(xiàng)提供了足夠的方便性。例如：線繞和塊狀導(dǎo)體、短路和開路情況、線路供電裝置等，要模擬這些實(shí)體，執(zhí)行下列內(nèi)容：在導(dǎo)體區(qū)增加額外的自由度（DOF）賦予所需的實(shí)常數(shù)、材料性質(zhì)和對(duì)自由度的特殊處理。單元類型和選項(xiàng)、材料性質(zhì)、實(shí)常數(shù)、以及單元坐標(biāo)系，都是實(shí)體模型的屬性，用AATT和VATT命令或其等效的GUI路徑指定。3.4.2 AZ選項(xiàng)由于沒有標(biāo)量電勢(shì)，

6、即導(dǎo)體內(nèi)電壓降為0，固可通過設(shè)定AZ 自由度（DOF）來模擬短路條件的導(dǎo)體。3.4.3 AZVOLT選項(xiàng)AZVOLT選項(xiàng)通過在全域電場(chǎng)計(jì)算中引入電勢(shì)來模擬具有各種終端情況的塊狀導(dǎo)體：EA/t V注：在ANSYS中，V由Vdt（時(shí)間積分電勢(shì)）代替該選項(xiàng)通過允許控制其電場(chǎng)（VOLT），使用戶可更方便地模擬開路、電流供電塊導(dǎo)體和共端點(diǎn)多導(dǎo)體等情況。電位的單位為“伏秒”，其在ANSYS 中的自由度為 VOLT。在軸對(duì)稱分析中，rVOLT。在平面或軸對(duì)稱分析中，整個(gè)導(dǎo)體截面的是常數(shù)（即電壓降只發(fā)生在出平面方向上），為了保證這一點(diǎn)，必須耦合各個(gè)導(dǎo)體區(qū)的節(jié)點(diǎn)：命令：CPGUI：Main Menu Prepr

7、ocessor Coupling /Ceqn /Couple DOFs由于所有節(jié)點(diǎn)的電壓一樣，進(jìn)行耦合操作可減少未知數(shù)。3.4.4 AZCURR選項(xiàng)用AZCURR選項(xiàng)可模擬一個(gè)載壓絞線圈。CURR自由度代表線圈中每匝電流。在線圈上加電壓（加到所有線圈單元上）的方式是：命令：BFE，VLTGGUI：Main Menu Solution LoadsApply MagneticExcitation -Voltage drop-On Elements也可用BFA命令在實(shí)體模型的面上加電壓降。用BFTRAN或SBCTRAN命令可以把施加在實(shí)體模型上電壓降轉(zhuǎn)換到有限元模型上。在絞線圈中不計(jì)算渦流，因?yàn)槔@線

8、導(dǎo)線間假定為絕緣的。線圈參數(shù)用實(shí)常數(shù)描述，ANSYS程序利用這些實(shí)常數(shù)來計(jì)算線圈的電阻和電感。載壓絞線圈只有用PLANE53和SOLID97單元模擬，且必須定義單元特定的實(shí)常數(shù)，以描述絞線圈導(dǎo)體。絞線圈區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的CURR自由度必須要耦合，以確保采用一個(gè)公式來求解線圈中的電流。 模型物理區(qū)域的特征和設(shè)置ANSYS程序提供了幾個(gè)選擇來處理在2D磁分析中導(dǎo)體上的終端條件，如右圖圖2帶終端條件導(dǎo)體的物理區(qū)域所示。下面將對(duì)各種終端條件作簡(jiǎn)要介紹。塊狀導(dǎo)體短路條件自由度: AZ材料特性：mr (MURX), r(RSVX)注：渦流形成閉合回路，由于短路，導(dǎo)體中不存在電壓降塊狀導(dǎo)體開路條件自由度: A

9、Z, VOLT材料特性：mr (MURX), r(RSVX)特殊特性：耦合VOLT自由度注：導(dǎo)體中不存在凈電流，在軸對(duì)稱分析中模擬有缺口的導(dǎo)體載流塊導(dǎo)體DOFs: AZ, VOLT材料特性：mr(MURX), r(RSVX)特殊特性：耦合VOLT自由度，再給某個(gè)節(jié)點(diǎn)上加總電流(F,amps命令)注：假定由電流源發(fā)出的凈電流為短路回流，該電流不受外界影響載壓絞線圈DOFs: AZ, CURR材料特性：mr(MURX), r(RSVX)實(shí)常數(shù)：CARE, TUEN, LENG, DIRZ, FILL特殊特性：耦合CURR自由度，再用BFE或BFA命令加電壓降(VLTG)注：只能用PLANE53單元

10、來建模，所加電壓不受外界影響共地多導(dǎo)體自由度：AZ，VOLT材料性質(zhì)：mr(MURX), r(RSVX)特殊特性：所有導(dǎo)體域節(jié)點(diǎn)電壓自由度耦合到一個(gè)耦合節(jié)點(diǎn)集中注：用于模擬如端部效應(yīng)能忽略的鼠籠轉(zhuǎn)子等設(shè)備載流絞線圈DOFs: AZ材料特性：mr(MURX)特殊特性：沒有渦流，直接加源電流密度JS(BFE、BFL或BFA命令)注：假定線圈中的電流為一恒定的交流電流，其值不受外界影響。電流密度可根據(jù)線圈匝數(shù)，每匝中的電流值和線圈橫截面積來確定。電路供電絞線圈自由度：AZ，CURR，EMF材料性質(zhì)：mr(MURX), r(RSVX)實(shí)常數(shù)：CARE，TURN，LENG，DIRZ，F(xiàn)ILL特殊特性：區(qū)

11、域內(nèi)耦合CURR和EMF自由度注：模擬由外電路（CIRCU124）單元供電絞線圈。詳見ANSYS耦合揚(yáng)分析指南的“電磁電路耦合”。電路供電塊狀導(dǎo)體自由度：AZ，CURR，EMF材料性質(zhì)：mr(MURX), r(RSVX)實(shí)常數(shù)：CARE， LENG特殊特性：區(qū)域內(nèi)耦合CURR和EMF自由度注：模擬由外電路（CIRCU124單元）供電塊狀導(dǎo)體。詳見ANSYS耦合揚(yáng)分析指南的“電磁電路耦合”。鐵芯疊片DOFs: AZ材料特性：mr(MURX)或B-H曲線模擬可以忽略渦流的導(dǎo)磁材料，只要求AZ自由度?？諝釪OFs: AZ材料特性：mr(MURX=1)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體（速度效應(yīng)）用PLANE53單元可模擬以恒

12、定速度運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體的速度效應(yīng)。詳見本章和第2章中對(duì)速度效應(yīng)的描述。 速度效應(yīng)在交流（AC）激勵(lì)下，可以求解運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體在某些特殊情況下的電磁場(chǎng)。對(duì)于靜態(tài)、諧波和瞬態(tài)分析，速度效應(yīng)都是有效的。第2章“2-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析”討論了運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體分析的應(yīng)用例子和限制條件。對(duì)于諧波分析，速度效應(yīng)只限于線性情況（不能有B-H曲線）。對(duì)單元的KEYOPT選項(xiàng)和實(shí)常數(shù)設(shè)置，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體2-D諧波分析步驟與2-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析完全類似。在諧波分析中，速度設(shè)置為常數(shù)，不正弦變化（與線圈和場(chǎng)激勵(lì)不同）。在后處理中可計(jì)算磁雷諾數(shù)（Reynolds），磁雷諾數(shù)表征速度效應(yīng)和問題的數(shù)值穩(wěn)定性。其計(jì)算公式如下：Mrevd/式中為導(dǎo)磁率，為電

13、阻率，v為速度，d為導(dǎo)體單元特征長(zhǎng)度（運(yùn)動(dòng)方向上）。磁雷諾數(shù)只在靜態(tài)或瞬態(tài)分析時(shí)有意義。對(duì)于在相對(duì)小雷諾值時(shí)，運(yùn)動(dòng)方程才有效和準(zhǔn)確，一般量級(jí)為1.0。較高雷諾數(shù)值時(shí)，求解精度隨問題而比變化。除求解場(chǎng)之外，還能求出由于運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的導(dǎo)體電流（運(yùn)動(dòng)電流可在后處理器中獲得）。3.5 建立模型，劃分網(wǎng)格，賦予特性關(guān)于建模、給模型區(qū)域賦屬性和劃分網(wǎng)格的詳細(xì)內(nèi)容，可參見第二章。 關(guān)于集膚深度電磁場(chǎng)在導(dǎo)體中的穿透深度是頻率、導(dǎo)磁率和導(dǎo)電率的函數(shù)，當(dāng)對(duì)場(chǎng)和焦耳熱損失的計(jì)算精度要求較高時(shí)，在導(dǎo)體表面附近必須要?jiǎng)澐肿銐蚣?xì)的有限元網(wǎng)格，以模擬這種集膚現(xiàn)象。通常，在集膚深度內(nèi)至少要?jiǎng)澐忠粚踊騼蓪訂卧?。趨膚深度可以按下式進(jìn)

14、行估算：這里，d是集膚深度（m），f是頻率（Hz），m是絕對(duì)導(dǎo)磁率（H/m），s是導(dǎo)電率（S/m）。3.6 加邊界條件和勵(lì)磁載荷在諧波磁分析中，可將邊界條件和載荷施加到實(shí)體模型上（關(guān)鍵點(diǎn)、線和面），也可以施加到有限元模型上（節(jié)點(diǎn)和單元）。給2D諧波分析加邊界條件和載荷，使用與第2章“2-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析”中所述的完全相同的GUI路徑和宏命令。對(duì)于一個(gè)諧波磁分析，可以定義三種類型的載荷步選擇：動(dòng)態(tài)選項(xiàng)、通用選項(xiàng)和輸出控制。本手冊(cè)第16章對(duì)這些載荷步選擇有詳細(xì)描述。 使用PERBC2D宏命令使用PERBC2D宏，可對(duì)2-D分析自動(dòng)定義周期性邊界條件。PERBC2D對(duì)兩個(gè)周期對(duì)稱面施加必要的約束方程或

15、定義節(jié)點(diǎn)耦合。使用該宏命令的方式如下：命令：PERBC2DGUI：Main Menu Preprocessor Loads -loads-Apply -Magnetic-Boundary -Vector Poten-Periodic BCs在第11章 “磁宏”中對(duì)該宏的使用有詳細(xì)描述。 幅值、相位角和工作頻率根據(jù)定義，諧波分析假定任何外加載荷都是隨時(shí)間呈諧波（正弦）變化的，這樣的載荷需要說明幅值（0到峰值）、相位角和工作頻率。.1 幅值所加載荷的最大值（0到峰值）；.2相位角相位角是載荷相對(duì)于參考值在時(shí)間上的落后（或超前）量。在復(fù)平面（見圖3“實(shí)部/虛部分量和幅值/相位角關(guān)系圖”）中，相位角就

16、是和實(shí)軸的夾角。只有存在多個(gè)不同相載荷時(shí)，才需用到相位角。（如三相電機(jī)分析）施加不同相的電流密度或電壓時(shí)，在BF、BFE或BFK命令（或它們的等效菜單路徑）中的相位（PHASE）區(qū)域，輸入度數(shù)來表示各自的相位角。對(duì)于不同相的矢量位或電流段，在相應(yīng)的加載命令（或等效菜單路徑）的VALUE1和VALUE2區(qū)域中，分別輸入復(fù)數(shù)載荷的實(shí)部和虛部分量。圖3 “實(shí)部/虛部分量和幅值/相位角關(guān)系圖”顯示了如何計(jì)算實(shí)部和虛部分量。.3 工作頻率就是交流電的頻率（單位Hz），可按如下定義：命令：HARFRQGUI:Main menuSolution-Load Step Opts-Time/Frequenc Fr

17、eq and Supsteps 給絞線型導(dǎo)體加源電流密度命令：BFE,JSGUI:Main MenuPreprocessorLoads-Loads-Apply-Magnetic-ExcitationCurr Density也可用BFA命令對(duì)實(shí)體模型上的面加源電流密度。 給塊狀導(dǎo)體加電流電流(AMPS)是節(jié)點(diǎn)電流載荷，僅用于施加給帶有強(qiáng)加電流的塊導(dǎo)體區(qū)域。在2-D分析中，這種載荷要求PLANE13單元和PLANE53單元的自由度設(shè)置為AZ和VOLT。電流表示通過導(dǎo)體的總的電流值，僅僅用于2-D平面或軸對(duì)稱模型分析。要想給具有集膚效應(yīng)的橫截面上加均勻電流，必須對(duì)橫截面上的VOLT自由度進(jìn)行耦合：命

18、令：CPGUI:Main MenuPreprocessorCoupling/CeqnCouple DOFs在2-D平面或軸對(duì)稱模型中，選擇集膚效應(yīng)區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)，并耦合其VOLT自由度后，再給橫截面上某一個(gè)節(jié)點(diǎn)加電流：命令：FGUI:Main MenuPreprocessorLoads-Loads-Apply-Electric-Excitation-Impressed Curr-On Nodes給2-D模型施加強(qiáng)加電流的另一種方法是加均勻電流密度(JS體載荷)，這由通過集膚效應(yīng)區(qū)的總的強(qiáng)加電流除以橫截面積得到：命令：BF,BFEGUI:Main MenuPreprocessorLoads-L

19、oads-Apply-Magnetic- Excitation-Curr Density-On Elements也可用BFL和BFA命令分別對(duì)實(shí)體模型上的線和面加源電流密度。用BFTRAN或SBCTRAN命令可以把施加在實(shí)體模型上源電流密度轉(zhuǎn)換到有限元模型上。 給絞線圈加電壓載荷這種載荷定義絞線圈上的總電壓降（幅值和相位角），使用MKS單位制，只能使用帶有AZ,CURR自由度的PLANE53單元。按照如下方式加電壓降載荷：命令：BFEGUI:Main MenuPreprocessorLoads-Loads-Loads-Apply-Magnetic-Excitationvoltage drop也

20、可用BFA命令對(duì)實(shí)體模型上的面加電壓降。用BFTRAN或SBCTRAN命令可以把施加在實(shí)體模型上電壓降轉(zhuǎn)換到有限元模型上。要想得到正確的解，必須將線圈所有節(jié)點(diǎn)的CURR自由度耦合起來（否則將導(dǎo)致求解錯(cuò)誤），因?yàn)镃URR是代表線圈中每匝的電流值，是唯一的。 加標(biāo)志.1 力標(biāo)志用ANSYS 的FMAGBC宏命令標(biāo)記一個(gè)物體，就可以在求解器和后處理器中對(duì)它進(jìn)行力或力矩計(jì)算。此宏自動(dòng)加虛位移和Maxwell面標(biāo)志（后面討論）。物體必須至少被一層空氣單元包圍，并被定義成一個(gè)部件，然后按如下方式執(zhí)行加載：命令：FMAGBC，CnameGUI：Main MenuPreprocessorLoads-loads

21、-Apply-Magnetic-FlagComp. Force/TorqMain MenuSolution-loads-Apply - Magnetic-FlagComp. Torque/Torq在POST1后處理器中，用FMAGSUM和TORQSUM宏可分別對(duì)力和力矩求和。.2無(wú)限遠(yuǎn)表面標(biāo)志（INF）這并不是實(shí)際載荷，但有限元計(jì)算要求把無(wú)限遠(yuǎn)單元的指向開放區(qū)域的外表面作上此標(biāo)志。 其他載荷.1 Maxwell面（MXWF）Maxwell面不是真正的載荷，它只是給模型中將要進(jìn)行力和力矩計(jì)算的面加標(biāo)志。一般加給鄰近界面（空氣/鐵區(qū)分解面）的一層空氣單元加Maxwell面標(biāo)志，ANSYS（用Max

22、well應(yīng)力張量的方法）計(jì)算出力后再將結(jié)果貯存到這些空氣單元中，再在POST1后處理器中對(duì)它們求和而得到施加在該部分上的合力。同時(shí)可給多個(gè)部件加Maxwell面標(biāo)志，但這些部件不能共用同一層空氣單元。.2 磁虛位移(MVDI)磁虛位移標(biāo)志不是真正意義上的載荷，它只是給模型中將要進(jìn)行力和力矩計(jì)算的部件加標(biāo)志。和Maxwell面的作用相同，只不過用的是虛功方法。在感興趣區(qū)的所有節(jié)點(diǎn)上說明MVDI=1.0，在鄰近的空氣區(qū)節(jié)點(diǎn)上說明MVDI=0.0(缺省值)；也可以設(shè)置MVDI1.0,但是一般都不這么做。計(jì)算所得的力和力矩結(jié)果就貯存在鄰近的空氣單元中。鄰近感興趣區(qū)的空氣單元最好是等厚度的。在POST1

23、中，可以將每個(gè)空氣單元中的力進(jìn)行求和以得到合力。3.7 求解進(jìn)行2D諧波分析求解的基本過程與進(jìn)行2D靜態(tài)磁場(chǎng)分析求解的過程一樣。主要不同在于定義一個(gè)不同的分析類型而已，另外，諧波分析要用到一些其他的后處理方法。 定義諧波分析類型命令：ANTYPE,harmic,newGUI:Main MenuSolutionNew Analysis如果是需要重啟動(dòng)一個(gè)分析（重啟動(dòng)一個(gè)未收斂的分析，或者施加了另外激勵(lì)的分析），使用命令A(yù)NTYPE, HARMIC,REST。如果先前分析的結(jié)果文件Jobname.EMAT, Jobname.ESAV, 和Jobname.DB還可用，就可以重啟動(dòng)分析。對(duì)于單一頻率作

24、用下的非線性諧波分析問題，求解的方式是：命令：HMAGSOLVGUI：Main MenuSolution-Solve-Electronmagnet-Harmonic Analys-Opt&Solv后面第9點(diǎn)對(duì)HMAGSOLV宏有詳細(xì)描述，如果不用HMAGSOLV宏，則可按后面第2到第8條描述的方式進(jìn)行分析。此磁宏僅僅用于新的諧波分析，不能用于重啟動(dòng)的分析。定義分析選擇項(xiàng)可以用下面的“Full”全波方法來求解，這是缺省值。1）首先，定義分析方法：命令：HROPTGUI:Main MenuSolutionAnalysis Options2）然后，定義諧波自由度解在打印輸出（Jobname.out）

25、文件中的顯示方式（以實(shí)部/虛部的形式或幅值/相角的形式，前者為缺省值），該選項(xiàng)主要用于采用CURR和EMF自由度的電路耦合問題：命令：HROUTGUI： Main Menu Solution Analysis Options 選擇求解器可以選用Frontal（缺?。?、SPARSE、JCG或ICCG求解器，對(duì)大多數(shù)2-D分析推薦使用Frontal求解器。命令：EQSLVGUI： Main Menu Solution Analysis Options注意：只有先執(zhí)行了HROPT和HROUT命令的對(duì)話框后，才能彈出方程求解器對(duì)話框。對(duì)于非線性問題，在收斂準(zhǔn)則滿足后（或達(dá)到最大迭代次數(shù)），程序才會(huì)停止

26、迭代計(jì)算。設(shè)置收斂準(zhǔn)則的方式如下：命令：CNVTOLGUI：Main MenuPreprocessorLoads-Load Step Opts-NonlinearConvergence Crit.Main MenuSolution-Load Step Opts-NonlinearConvergence Crit.用戶既可利用缺省的收斂準(zhǔn)則，也可定義自己的收斂準(zhǔn)則：1）缺省收斂準(zhǔn)則缺省情況下，程序?qū)z查四個(gè)自由度（AZ、VOLT、CURR、EMF）的收斂情況。檢查方式是將各自由度不平衡量的SRSS值（平方和的平方根）與收斂準(zhǔn)則值（VALUETOLER）進(jìn)行比較。VALUE的缺省值與所選擇的范數(shù)（

27、NORM）、當(dāng)前總自由度的值（程序選擇）和MINREF三者中的較大者的值相關(guān)。通常不用定義MINREF的值，TOLER的缺省值是0.001。對(duì)于自由度，收斂程序?qū)z查兩個(gè)迭代步之間自由度的變化量:U=Ui-Ui-12）自定義收斂準(zhǔn)則用戶可以自己定義收斂準(zhǔn)則，以代替缺省值。使用更加嚴(yán)格的收斂準(zhǔn)則可以提高結(jié)果的精度，但需要的迭代次數(shù)會(huì)多一些。如果想嚴(yán)格（和放寬）收斂準(zhǔn)則，可以通過將TOLER的值變化一、二個(gè)數(shù)量級(jí)來實(shí)現(xiàn)(通常不改變VALUE的缺省值)。 設(shè)置分析頻率很多電磁問題是作單頻分析。使用下列方式設(shè)置分析頻率（Hz）：命令：HARFRQGUI：Main MenuPreprocessorLoa

28、ds-Load Step Opts-Time/FrequencFreq and Substps當(dāng)只有一個(gè)頻率時(shí)，使用該命令的“FREQB”區(qū)域或“FREQE” 區(qū)域都可以。 設(shè)置通用選項(xiàng)可定義諧波解的數(shù)目，這些諧波解（或子步）是平均分布在所定義的頻率范圍（HARFRQ命令）上的，例如，定義諧波頻率為30HZ到40HZ，要求解10個(gè)子步，則程序會(huì)計(jì)算在頻率為31HZ、32HZ、39HZ和40HZ處的解，范圍的最低端（即此處的30HZ）不做計(jì)算。定義諧波解數(shù)目的方式如下：命令：NSUBSTGUI：Main MenuPreprocessorLoads-Load Step Opts-Time/Freq

29、uencFreq and Substps還可定義激勵(lì)載荷是階躍變化或是斜坡變化：缺省值是斜坡變化，也就是說，激勵(lì)的幅值在每個(gè)載荷子步是逐漸變化的；若設(shè)置為階躍變化，則在整個(gè)頻率范圍內(nèi)的各個(gè)子步上，激勵(lì)的幅值保持不變。對(duì)于電磁場(chǎng)問題，激勵(lì)通常都是階躍變化的，斜坡變化有助于加快單一頻率作用下的非線性問題的收斂。命令：KBCGUI：Main MenuPreprocessorLoads-Load Step Opts-Time/FrequencyFreq and Substps對(duì)于非線性諧波分析，可以定義每個(gè)頻率的平衡迭代次數(shù)，缺省值為25，建議將該值設(shè)為50或更高，以保證收斂。命令：NEQITGUI：

30、Main MenuPreprocessorLoadsNonlinearEquilibrium Iter 設(shè)置輸出控制設(shè)置在打印輸出文件（Jobname.out）中的輸出格式：命令：OUTPRGUI：Main MenuPreprocessorLoads-Load Step Opts-Output CtrlsSolu Printout設(shè)置在結(jié)果文件（Jobname.rth）中的輸出格式：命令：OUTRESGUI：Main MenuPreprocessorLoads-Load Step Opts-Output CtrlsDB/Results File 備份數(shù)據(jù)庫(kù)按工具條中的SAVE_DB按鈕備份數(shù)據(jù)

31、。按照如下方式，可從結(jié)果文件中讀入數(shù)據(jù)：命令：RESUMEGUI：UtilityMenu File Resume Jobname. db 開始求解.1線性問題用下列方式命令：SOLVEGUI:Main MenuSolutionCurrent LS.2非線性分析建議在每個(gè)頻率按照下列步驟分兩步求解，以保證收斂：.2.1 把激勵(lì)在3至5個(gè)子步斜坡變化，每個(gè)子步只執(zhí)行一次平衡迭代用下列方式定義斜坡或階躍激勵(lì)：命令：KBCGUI: Main MenuPreprocessorLoads-Load Step Opts-Time/FrequencyFreq and Substps用下列方式定義3至5個(gè)子步：

32、命令：NSUBSTGUI: Main MenuPreprocessorLoads-Load Step Opts-Time/FrequencFreq and Substps用下列方式定義一次平衡迭代：命令：NEQITGUI: Main MenuPreprocessorLoads-Load Step Opts- NonlinearEquilibrium Iter用下列方式開始求解：命令：SOLVEGUI: Main MenuSolutionCurrent LS.2.2在一個(gè)子步內(nèi)，執(zhí)行50次以上的平衡迭代，獲得最終解。用下列方式定義1個(gè)子步：命令：NSUBSTGUI: Main MenuPrepr

33、ocessorLoads-Load Step Opts-Time/FrequencFreq and Substps用下列方式定義50次平衡迭代：命令：NEQITGUI: Main MenuPreprocessorLoads-Load Step Opts- NonlinearEquilibrium Iter用下列方式定義自己的收斂準(zhǔn)則（替代缺省值）：命令：CNVTOLGUI：Main MenuPreprocessorLoads-Load Step Opts-NonlinearConvergence CritMain MenuSolution-Load Step Opts-NonlinearCon

34、vergence Crit用下列命令開始求解：命令：SOLVE HMAGSOLV宏命令如果不使用上述的“兩步求解法”，則可以利用HMAGSOLV宏命令：命令：HMAGSOLVGUI：Main MenuSolution-Solve-Electromagnet-Harmonic Analys-Opt&Solv該宏允許對(duì)每個(gè)自由度改變?nèi)笔〉氖諗繙?zhǔn)則。由于非線性諧波方程組的固有特性，其收斂要比靜態(tài)分析慢得多，缺省的收斂準(zhǔn)則應(yīng)能提供足夠的收斂精度。 收斂過程的圖形跟蹤當(dāng)進(jìn)行非線性電磁分析時(shí)，ANSYS計(jì)算每次平衡迭代的收斂范數(shù)和相應(yīng)的收斂標(biāo)準(zhǔn)。圖形求解跟蹤（GST）特性可以在批處理和交互式方式下顯示求解

35、過程的收斂準(zhǔn)則和收斂標(biāo)準(zhǔn)。在交互式時(shí)，缺省值為圖形求解跟蹤（GST）打開，批處理運(yùn)行時(shí)，缺省值為GST關(guān)閉。用下列方式打開或關(guān)閉GST：命令：/GSTGUI： Main Menu Solution Output Ctrls Grph Solu Track圖5顯示的是一個(gè)典型的GST圖形。 完成求解命令：FINISHGUI:Main MenuFinish3.8 觀察結(jié)果ANSYS/Multiphysics和ANSYS/Emag模塊把諧波電磁分析結(jié)果寫到磁場(chǎng)分析結(jié)果文件Jobname.RMG中，如果激活了電位（VOLT）、電流（CURR）或EMF自由度，則寫入Jobname.RST文件中。結(jié)果包括

36、下面所列數(shù)據(jù)，所有結(jié)果都在所計(jì)算的工作頻率下諧波變化?；緮?shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)自由度（AZ，VOLT，CURR）導(dǎo)出數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)磁通密度（BX，BY，BSUM）節(jié)點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度（HX，HY，HSUM）節(jié)點(diǎn)磁力（FMAG：X，Y，SUM分量）節(jié)點(diǎn)洛倫茲力（Lorentz）（FMAG：X，Y，SUM分量）節(jié)點(diǎn)感生電流段（CSGZ）單位體積焦耳熱（JHEAT）注意：對(duì)于非線性時(shí)諧分析，磁通密度B有可能超出B-H曲線輸入的值，這些值只是真實(shí)波形基頻諧波分量的近似值，而不是實(shí)際的值。參看ANSYS單元手冊(cè)可以提取更多的數(shù)據(jù)。在POST1通用后處理器或POST26時(shí)間歷程后處理器中都能檢察分析結(jié)果。由于計(jì)算結(jié)果與輸入負(fù)載

37、有相差（即輸出滯后于輸入），因而結(jié)果值是復(fù)數(shù)形式的，以實(shí)部和虛部分量的形式來計(jì)算和存儲(chǔ)。通用后處理器POST1用以檢察在給定頻率下整個(gè)模型上結(jié)果，而POST26時(shí)間歷程后處理器用以檢察在整個(gè)頻率范圍內(nèi)模型中給定位置處的結(jié)果。對(duì)于諧波磁場(chǎng)分析，頻率范圍通常只由AC頻率組成。因此，常用POST1檢察分析結(jié)果。選擇后處理器的方式：命令：/POST1，/POST26GUI：Main Menu General PostprocMain Menu Time Hist Postproc后處理中常用的命令及其GUI路徑：后處理中常用的命令及其GUI路徑見下面表4。表4后處理命令及其GUI路徑功能命令GUI路徑

38、選擇實(shí)數(shù)解SET，1，1，0Main Menu General Postproc ListResultsResults Summary選擇虛數(shù)解SET，1，1，1Main Menu General Postproc ListResultsResults Summary打印矢量勢(shì)自由度（AZ）5PRNSOL，AZMain Menu General Postproc ListResultsNodal Solution打印時(shí)間積分電位（VOLT）5PRNSOL，VOLTMain Menu General Postproc ListResultsNodal Solution打印角節(jié)點(diǎn)上磁通密度1，5P

39、RVECT，BMain Menu General Postproc ListResultsVector Data打印角節(jié)點(diǎn)上磁場(chǎng)強(qiáng)度1，5PRVECT，HMain Menu General Postproc ListResultsVector Data打印中心總電流密度5PRVECT，JTMain Menu General Postproc ListResultsVector Data打印角節(jié)點(diǎn)力2，6PRVECT，F(xiàn)MAGMain Menu General Postproc ListResultsVector Data打印單元節(jié)點(diǎn)磁通密度5PRESOL，BMain Menu General

40、Postproc ListResultsElement Solution打印單元節(jié)點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度5PRESOL，HMain Menu General Postproc ListResultsElement Solution打印單元質(zhì)心總電流密度5PRESOL，JTMain Menu General Postproc ListResultsElement Solution打印單元節(jié)點(diǎn)力2，6PRESOL，F(xiàn)MAGMain Menu General Postproc ListResultsElement Solution打印磁能3，5PRESOL，SENSMain Menu General Postp

41、roc ListResultsElement Solution打印單位體積焦耳熱4，6PRESOL， JHEATMain Menu General Postproc ListResultsElement Solution建立質(zhì)心磁通密度5的X分量（Y和SUM分量與此類似）單元表ETABLE，Lab，B，XMainMenu General Postproc ElementTable Define Table建立質(zhì)心磁場(chǎng)5的X 分量（Y和SUM分量與此類似）單元表ETABLE，Lab，H，XMain MenuGeneral Postproc Element Table Define Table建立

42、單位體積焦耳熱的單元表選項(xiàng)4，6ETABLE，Lab， JHEATMain MenuGeneral Postproc Element Table Define Table建立質(zhì)心電流密度5的X分量（Y和SUM分量與此類似）單元表ETABLE，Lab， JT，XMain MenuGeneral Postproc Element Table Define Table建立單元磁力2，6的X分量（Y和SUM分量與此類似）單元表ETABLE，Lab， FMAG，XMain MenuGeneral Postproc Element Table Define Table建立單元儲(chǔ)能3單元表選項(xiàng)ETABLE，

43、Lab， SENSMain MenuGeneral Postproc Element Table Define Table打印所選單元表選項(xiàng)PRETAB，Lab，1，Main MenuGeneral Postproc List ResultsElem Table Data注：上述表中的上標(biāo)數(shù)字號(hào)含義如下（更詳信息見ANSYS理論手冊(cè)）：1與該節(jié)點(diǎn)相鄰的所有已選單元的平均值2力是在整個(gè)單元上求和的，但分布在其各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，以便用于耦合分析3磁能為單元總和4乘以單元體積得功率損失5對(duì)于諧波分析是瞬間值（在t=0和t =-90時(shí)的實(shí)部/虛部）6 RMS值：存放在實(shí)部解集里的一種可比較值（對(duì)有速度效應(yīng)的

44、區(qū)域要進(jìn)行實(shí)部和虛部的求和）用ETABLE命令可以得到很多不常用的項(xiàng)。還能用圖形的方式觀察上面提到的大多數(shù)項(xiàng)目，只需將上述命令的開頭用“PL”代替“PR”即可（例如，用PLNSOL代替PRNSOL，如下面的說明）：原命令替代命令GUI路徑PRNSOLPLNSOLUtility MenuPlotResultsContour PlotNodal SolutionPRVECTPLVECTUtility MenuPlotResultsVector PlotPRESOLPLESOLUtility MenuPlotResultsContour PlotElem SolutionPRETABPLETABUt

45、ility MenuPlotResultsContour PlotElem Table Data也可以圖形繪制單元表項(xiàng)，詳見ANSYS基本分析過程指南。ANSYS參數(shù)設(shè)計(jì)語(yǔ)言（APDL）也包含在后處理中很有用的命令。為了方便地進(jìn)行結(jié)果處理，ANSYS還提供了一些磁宏命令。關(guān)于APDL更多信息見APDL程序員指南。本手冊(cè)的第11章詳細(xì)講述了磁宏命令。 讀結(jié)果數(shù)據(jù)為了在POST1中檢察結(jié)果，ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)必須包含已進(jìn)行了求解的模型，且結(jié)果文件（Jobname.RMG或Jobname.RST）必須存在。諧波磁場(chǎng)分析的結(jié)果為復(fù)數(shù)，由實(shí)部和虛部分量組成。讀取的方式如下（不能同時(shí)讀二種分量）：命令：SE

46、TGUI： Utility MenuList ResultsLoad Step Summary實(shí)部和虛部的SRSS值（平方和之平方根）才是結(jié)果的真實(shí)幅值，這可通過后處理中的載荷工況（load case）操作實(shí)現(xiàn)。.1 等值線顯示幾乎所有的結(jié)果項(xiàng)（包括磁通量密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度），都可以用等值圖的方式顯示出來：命令：PLNSOL，PLESOLGUI： Utility MenuPlotResultsContour PlotElem SolutionUtility MenuPlotResultsContour PlotNodal Solution注意：導(dǎo)出數(shù)據(jù)（如磁通密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度）的等值線顯示是在節(jié)點(diǎn)上

47、作平均后的數(shù)據(jù)。在PowerGraphics模式（缺省值）下，可以觀察不連續(xù)材料任何位置的節(jié)點(diǎn)平均值。通過下列方式打開PowerGraphics模式：命令：/GRAPHICS, POWER GUI：Utility MenuPlotCtrls StyleHidden-Line Options.通常一些導(dǎo)出數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)平均數(shù)據(jù)在材料不連續(xù)處無(wú)效，這時(shí)可打開工具條中的Powergraphics選項(xiàng)。.2 矢量顯示矢量顯示(不要與矢量模式混淆)可以方便地觀看一些矢量（如A，B, H和FMAG等）的大小和方向。命令：PLVECTGUI:Utility MenuPlotResultsVector Plot對(duì)

48、于矢量列表顯示，使用下列方式：命令：PRVECTGUI:Utility MenuListResultsVector Plot.3 列表顯示在列表顯示之前，可先對(duì)結(jié)果進(jìn)行按節(jié)點(diǎn)或按單元排序：命令：ESORT，NSORTGUI:Main MenuGeneral PostprocList ResultsSort NodesMain MenuGeneral PostprocList ResultsSort Elems然后再進(jìn)行列表顯示：命令：PRESOLPRNSOLPRRSOLGUI:Main MenuGeneral PostprocList ResultsElement SolutionMain M

49、enuGeneral PostprocList ResultsNodal SolutionMain MenuGeneral PostprocList ResultsReaction Solu.4 磁力ANSYS可計(jì)算三種磁力：時(shí)間平均洛倫茲力(JB力)程序自動(dòng)對(duì)所有的載流單元進(jìn)行受力計(jì)算，這些力保存在“實(shí)部解”數(shù)據(jù)集里面（參看SET命令如何提取“實(shí)部解”）。選擇所有載流單元后，可用PRNSOL,fmag命令對(duì)這些單元力進(jìn)行列表顯示。同時(shí)，也可對(duì)力進(jìn)行求和，方式如下：首先，將這些單元力移入到單元表中：命令：ETABLE,tablename,fmag,x(或y)GUI:Main MenuGener

50、al PostprocElement TableDefine Table然后，對(duì)單元表進(jìn)行求和：命令：SSUMGUI:Main MenuGeneral PostprocElement TableSum of Each Item對(duì)有速度效應(yīng)的區(qū)域（KEYOPT(2) = 1），要進(jìn)行實(shí)部和虛部的求和，才能獲得時(shí)間平均力。時(shí)間平均Maxwell力；對(duì)于哪些加了MXWF表面加載標(biāo)志的單元，可計(jì)算Maxwell力。對(duì)Maxwell力進(jìn)行列表，需要先選擇所有加了標(biāo)志的單元，讀入“實(shí)部解數(shù)據(jù)集”，再執(zhí)行下列操作：命令：PRNSOL,fmagGUI:Main menuGeneral PostprocList

51、 ResultsNodal Solution對(duì)施加了部件邊界條件（用FMAGSBC宏命令）的部件，可以方便的求得時(shí)間平均Maxwell力，可按照如下方式用FMAGBC宏很方便地求和：命令：FMAGSUMGUI:Main MenuGeneral PostprocElec&Mag Calc-2D and 3D-Comp. Force按照求解一般洛倫茲力的步驟（第2章），對(duì)這些力求和。注意：對(duì)有速度效應(yīng)的區(qū)域（KEYOPT(2) = 1），要對(duì)存儲(chǔ)在“實(shí)部解”和“虛部解”中的數(shù)據(jù)集進(jìn)行求和，以得到時(shí)間平均力。時(shí)間平均虛功力對(duì)于那些在感興趣部件相鄰區(qū)域設(shè)定了MVDI標(biāo)記的一層空氣單元，可以計(jì)算虛功力。

52、要獲取這些力，請(qǐng)選擇所有載流單元，然后利用單元的NMISC記錄，用ETABLE命令按順序號(hào)（snum）存儲(chǔ)這些力（詳見ANSYS單元手冊(cè)對(duì)PLANE13的描述）。命令：ETABLE,tablename,nmisc,snumGUI:Main MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table將數(shù)據(jù)移入到數(shù)據(jù)表中后，可用PRETAB命令進(jìn)行列表：命令：PRETABGUI: Main MenuGeneral PostprocElement TableList Elem Table對(duì)施加了部件邊界條件（用FMAGBC宏命令）的部件，可以方便的求得時(shí)間平均虛功力，

53、命令：FMAGSUMGUIMain MenuGeneral PostprocElec&Mag Calc-2D and 3D-Comp. Force再如洛倫茲力中所述，將這些力求和可得到合力。注意：對(duì)有速度效應(yīng)的區(qū)域（KEYOPT(2) = 1），要對(duì)存儲(chǔ)在“實(shí)部解”和“虛部解”中的數(shù)據(jù)集進(jìn)行求和，以得到時(shí)間平均力。.5 磁力矩ANSYS可計(jì)算三種磁力矩：時(shí)間平均洛倫茲力矩(JB力矩)程序自動(dòng)對(duì)所有的載流單元進(jìn)行力矩計(jì)算，并把力矩值存儲(chǔ)在“實(shí)部解”數(shù)據(jù)集，選擇這些載流單元后用ETABLE命令（或者其等效GUI路徑）加上單元力矩值的序列號(hào)（NMISC記錄），將這些單元力矩移入到單元表中（參見ANS

54、YS單元手冊(cè)中PLANE13 的選項(xiàng)和順序號(hào)以及ETABLE和ESOL的選項(xiàng)和順序號(hào)）：命令：ETABLE,tablename,NMISC,snumGUI:Main MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table當(dāng)力矩移動(dòng)到單元表后，可以用下列方式列出力矩值：命令：PRETABGUI：Main MenuGeneral PostprocElement TableList Elem Table也可以用用PLESOL和PRESOL命令加上NMISC號(hào)列出結(jié)果。對(duì)單元表進(jìn)行求和，得到總力矩：命令：SSUMGUI:Main MenuGeneral PostprocElement TableSum of Each Item注意：對(duì)有速度效應(yīng)的區(qū)域（KEYOPT(2) = 1），要對(duì)存儲(chǔ)在“實(shí)部解”和“虛部解”中的數(shù)據(jù)集進(jìn)行求和，以得到時(shí)間平均力。Maxwell力矩ANSYS自動(dòng)對(duì)定義了“Maxwell表面”標(biāo)志“MXWF”的單元計(jì)算Maxwell力矩，其求解力矩的過程與求解洛倫茲力矩的過程一樣。如果通過FMAGBC將力矩設(shè)定為邊界條件，則可通過下面的命令或菜單簡(jiǎn)單地獲取力矩值：命令：TORQ