ANSYS電磁場培訓手冊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首先建立獨立電壓源(IVS)4建立IVSCircuit>independentvltgsource>DC/ACharmonic鼠標變成“橡皮筋”狀態(tài)，自由定位電路單元的位置在圖形窗口中，必須用鼠標選取三個位置單元的起始節(jié)點單元的終止節(jié)點兩個節(jié)點左邊或右邊的偏置量IVS（獨立電壓源）5鼠標點取的第一位置，為單元的I節(jié)點鼠標點取的第二位置，為單元的J節(jié)點鼠標點取的第三位置，以確定單元的定位6一旦鼠標點取完三個位置，程序彈出一個對話框以輸入IVS的參數(shù)V4識別號電壓幅值(峰值)，不是均方根值相位角(度)選擇OK7建電阻器..Circuit>resistor當選擇第二個位置時，雙擊鼠標，使其同時也成為第三個位置這并不必須完全點取在同一個位置，電路建模器會自動捕捉到已存在的節(jié)點鼠標點取的第一點鼠標點取的第二點識別號電阻值Ω選擇

OK8建電感器..Circuit>inductor當選擇第二個位置時，雙擊鼠標，使其同時也成為第三個位置這并不必須完全點取在同一個位置，電路建模器會自動捕捉到已存在的節(jié)點鼠標點取的第一點鼠標點取的第二點識別號電感值(H)選擇

OK9建電容器..Circuit>capacitor當選擇第二個位置時，雙擊鼠標，使其同時也成為第三個位置這并不必須完全點取在同一個位置，電路建模器會自動捕捉到已存在的節(jié)點鼠標點取的第一點鼠標點取的第二點識別號電容值(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個節(jié)點選擇OK11執(zhí)行求解Solu>newanalysis[Harmonic]設置激勵頻率率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數(shù)數(shù)解Postproc>-readresults-byloadstep選擇[REAL]選擇OKPostproc>listresults>elementsolution15實數(shù)分量求解解結(jié)果162D變壓器應用實實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分析過程利用對稱性模擬次極短路路情況建立電路模型型實常數(shù)設置耦合進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)導磁疊片鐵芯，無無須考慮集膚膚效應線圈區(qū)絞線圈(無無集膚效應)導電率隨溫度度的增加而增增加初極由獨立電壓源源（IVS）驅(qū)動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對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)點點)次極極線線圈圈s-side(單元元+節(jié)節(jié)點點)單元元類類型型2用用于于兩兩個個線線圈圈區(qū)區(qū)域域兩個個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個獨獨立立電電壓壓源源(IVS)單元元提提供供激激勵勵載載荷荷用一一個個絞絞線線圈圈將將獨獨立立電電壓壓源源(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個小小電電阻阻模模擬擬短短路路條條件件用一一個個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項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項必必須須激激活活Preproc>elementtype>-add/edit/delete[OPTIONS]選擇擇OK線圈圈單單元元類類型型號號要求求選選取取這這些些自自由由度度24每個個線線圈圈必必須須輸輸入入實實常常數(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)實實常常數(shù)數(shù)設設置置號號2原邊邊(p-邊)實實常常數(shù)數(shù)為為125對于于平平面面模模型型，，絞絞線線圈圈實實常常數(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”或“出”平面方方向））（RIRZ））線圈填填充系系數(shù)(FILL)（隨后計計算））線圈單單元圖圖26如果用用兩個個截面面來模模擬線線圈，，則線線圈電電阻應應分配配到兩兩個截截面上上如果只有一一個截面模模擬整個線線圈電阻，，那么這個個截面必須須相應于線線圈電阻（（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可能需作適適當調(diào)整，，以計及終終端繞組的的影響）A=線圈區(qū)域單單元面積(m2)Rcoil=單個線圈電電阻(Ω)27對于初極線線圈N=1080L=.07mρρ=.2E-7Ω-mRcoil=2ΩΩA=ACOND=.00125m2Cf=.07258(對應于一個個線槽內(nèi)的的整個線圈圈)對于次極線線圈N=108L=.07mρρ=.2E-7Ω-mRcoil=.02ΩA=ACOND=.00125m2Cf=.653184(對應于一個個線槽內(nèi)的的整個線圈圈)28這些值輸入入到每個線線圈的實常常數(shù)組中初極線圈，，實常數(shù)組組設置為1Preproc>realconstants>選擇EDIT對應于初極極線圈對應于初極極線圈選擇OK29在實常數(shù)1中，輸入入初極線圈圈數(shù)據(jù)線圈區(qū)單元元類型號選擇APPLY(輸入次極線線圈數(shù)據(jù))30在實常數(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建初極獨立立電壓源IVS..Circuit>indpvltgsrc>AC/DCharmonic變壓器有限限元區(qū)首先，鼠標標選取起始始節(jié)點其次，鼠標標選取終止止節(jié)點最后，鼠標標點取電路路單元的偏偏置位置32峰值（電壓壓）相位角（度度）電路單元標標志號選擇OK注:完成此窗口口后，才顯顯示實際電電路單元第三個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立電電壓源（IVS）相連接..Circuit>strndcoil-首先，鼠標標選取SCE連接到IVS的一端第二，鼠標標選取SCE連接到IVS的另一端第三，用鼠鼠標選取SCE的偏置位置置最后的鼠標標點取將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志各個SCE允許SCE改變已定義義好的實常常數(shù)值選擇OK35建電阻（1E-8歐姆），模模擬短路..Circuit>resistor鼠標第一次次選取鼠標第二次次選取鼠標第三次次選取電阻器識別別號和電阻阻值選擇OK建次極電路路36建SCE，將次極電路路與電阻器器(RES)相連接鼠標第一次次選取將SCE連接到RES鼠標第二次次選取鼠標第三次次選取最后的鼠標標點取將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用戶線路設設備標識圖圖37每個獨立回回路必須約約束VOLT自由度Preproc>loads>apply-electric-boundary>-voltage-onnodes每個獨立回回路選一個個節(jié)點選擇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設置號必須不不相同選擇OK初極耦合40對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)點點對次極生成兩兩組耦合Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF選擇PickALL選擇APPLY設置號必須唯唯一41在選取框內(nèi)選選擇PickALL（由于前面選了了APPLY））設置號唯一次極耦合選擇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進行模擬，進進入求解器Solu>newanalysis[HARMONIC]設置模擬頻率率Solu>time/frequenc>freq&substps選擇OK44激活整個模型型Utility>select>everything開始求解Solu>CurrentLS確認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]實數(shù)解Postproc>byload[IMAGINARY]虛數(shù)解46確認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(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為了得到實數(shù)數(shù)解結(jié)果，首首先重新讀入入實數(shù)解載荷荷步，重復上上述列表（List）操作49功率(W)電流(A)50采用次極的短短路結(jié)果，計計算初極阻抗抗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)分析是時時變分析的一一種通用方式式非正弦輸入脈沖寬度調(diào)制制測試數(shù)據(jù)信號號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輸出模型內(nèi)包含永永磁體在由磁體構(gòu)成成的致動器上上加載躍變電電壓52對物理區(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)絞線圈與塊導導體塊導體的自由由度耦合塊導體的電阻阻率RSVX終端條件短路與開路集膚區(qū)域的網(wǎng)網(wǎng)格細化53致動器——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動器躍變電壓條件件渦流效應用自動時間步步作瞬態(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時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)自由空間磁導導率電阻率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勵磁磁線圈圈加加24伏伏躍躍變變電電壓壓時間間（（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、、實實常常數(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完成邊界條條件設置施加銜鐵力力標志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”表示每隔一一個時間子子步寫入一一次結(jié)果文文件選擇OK60定義載荷步步時間和時時間步長（（子步長））Solu>time/frequenc>timeandsubstps建議：利用用前面分析析中的L計算L/R時間常數(shù)，，并放大5倍起始時間步步長為.01/40在第一時間間步就施加加激勵61允許程序自自動確定時時間步長定義允許的的最小時間間步長，時時間步長由由場的變化化速度來控控制定義允許的最最大的時間步步長。根據(jù)用用戶在后處理理中繪圖或列列表時，要求求觀察多少個個中間結(jié)果而而定設為“yes”表示允許在瞬瞬態(tài)分析中使使用前一時間間步的時間步步長步開始進進行下一載荷荷步的分析選擇OK完成時間和時時間步長的數(shù)數(shù)據(jù)輸入62開始分析激活整個模型型Solu>currentLS確認分析類型型已改變確認使用了電電壓供電線圈圈選項63確認時間和時時間步控制的的輸入數(shù)據(jù)證實結(jié)果存儲儲的頻度，缺缺省只保存每每個時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），在求解解過程中會顯顯示收斂范數(shù)數(shù)求解時間（秒秒）在不斷修修正的65對整個分析過過程的線圈電電流進行后處處理TimeHist>definevariables[ADD]線圈節(jié)點的CURR自由度可以顯顯示線圈電流流的時間歷程程選擇OK用于結(jié)構(gòu)分析析66在線圈區(qū)選擇擇一個節(jié)點這是在線圈區(qū)區(qū)選擇的節(jié)點點的節(jié)點號（（自動輸入））線圈電流自由由度參考號>1選擇OK該名字將顯示示在圖形窗口口中，應其他他變量名區(qū)分分開來67當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（采采用相同標度度）上述定義的參參考號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)線圈電流的時時間歷程列表表顯示（隨時時間變化值））（根據(jù)所貯貯存的結(jié)果數(shù)數(shù)據(jù)）Thpost>listvariables選擇OK70在每個時間步步需要進行單單元求和的項項目，必須使使用Elec&mag中的選選項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當顯示示概述述文件件時，，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實用程程序觀觀察（（從ANSYS啟動界界面進進入））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可針對對分析析過的的某個個特定定時間間點對對整個個模型型進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相應于于時間=.0045時的結(jié)果果Postproc>byloadstep選擇OK顯示BSUM762)利利用結(jié)果果集號（（set號）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)定定時刻的的結(jié)果，，后處理理器自動動在兩個個與所定定義時間間最接近近的結(jié)果果集之間間插值，，例如