ANSYS電磁場培訓手冊18

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，建建模就完成成了電路單元的的每一個閉閉合回路要要求約束電電壓（VOLT））自由度（接接地）Preproc>loads>apply>boundary>-voltage-onnodes選取回路中中的任何一一個節(jié)點選擇OK11執(zhí)行求解Solu>newanalysis[Harmonic]設置激勵頻頻率Solu>time/frequenc>freqandsubstps選擇OKSolu>currentLS選擇OK12為獲取電路路單元結果果，可列表表顯示單元元解缺省狀態(tài)下下的激活結結果為虛數(shù)數(shù)解Postproc>listresults>elementsolution選擇OK13虛數(shù)分量求求解結果14為獲取電路路單元結果果，可列表表顯示單元元解必須讀入實實數(shù)解Postproc>-readresults-byloadstep選擇[REAL]選擇OKPostproc>listresults>elementsolution15實數(shù)分量求求解結果162D變壓器應用用實例問題描述變壓器初極極構成如下下:2Ω直流電阻1080匝變壓器次極極構成如下下:.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表示不同材材料17分析過程利用對對稱性性模擬次次極短短路情情況建立電電路模模型實常數(shù)數(shù)設置置耦合進行交交流分分析后處理理電流功率18物理區(qū)區(qū)域描描述鐵區(qū)導磁疊片鐵鐵芯，，無須須考慮慮集膚膚效應應線圈區(qū)區(qū)絞線圈圈(無集集膚效效應)導電率率隨溫溫度的的增加加而增增加初極由獨立立電壓壓源（（IVS）驅動次極短路全部邊邊線通通量平平行19材料性性質鐵μr=10,000ρ:Notinput線圈μr=1ρ=2E-7空氣μr=1空氣鐵次極線線圈初極線線圈20用in_tran宏建立立變壓壓器對對稱的的一半半模型型在命令令行輸輸入：：in_tran變壓器器模型型鐵芯疊疊片:材材料2空氣隙隙初極次極21模型數(shù)數(shù)據(jù)組件初極線線圈p-side(單元+節(jié)點點)次極線線圈s-side(單元+節(jié)點點)單元類類型2用用于于兩個個線圈圈區(qū)域域兩個線線圈的的橫截截面積積相同同，并并用參參數(shù)ACOND定義單元類類型222電路單元條條件初極由一個獨立立電壓源(IVS)單元提供激激勵載荷用一個絞線線圈將獨立立電壓源(IVS)連接到有限限元區(qū)域上上次極用一個小電電阻模擬短短路條件用一個絞線線圈將電阻阻連接到有限限元區(qū)域上上要求在單元元類型選項項中激活這這些自由度度23線圈區(qū)域單單元類型的的自由度選選項必須激激活Preproc>elementtype>-add/edit/delete[OPTIONS]選擇OK線圈單元類類型號要求選取這這些自由度度24每個線圈必必須輸入實實常數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，使之符符合于指定定的直流電電阻值次邊(s-邊)實常常數(shù)設置號號2原邊(p-邊)實實常數(shù)為125對于平面模模型，絞線線圈實常數(shù)數(shù)數(shù)據(jù)組成成如下區(qū)域截面積積(CARE)=線圈單元的的總面積（（可用面積積求和）匝數(shù)(TURN)長度:必必須為折合合長度(LENG)電流正方向向（“進”或“出”平面方向））（RIRZ））線圈填充系系數(shù)(FILL)（隨后計算））線圈單元圖圖26如果用兩個個截面來模模擬線圈，，則線圈電電阻應分配配到兩個截截面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-7ΩΩ-mRcoil=2ΩΩA=ACOND=.00125m2Cf=.07258(對應于一一個線槽槽內的整整個線圈圈)對于次極極線圈N=108L=.07mρρ=.2E-7ΩΩ-mRcoil=.02ΩΩA=ACOND=.00125m2Cf=.653184(對應于一一個線槽槽內的整整個線圈圈)28這些值輸輸入到每每個線圈圈的實常常數(shù)組中中初極線圈圈，實常常數(shù)組設設置為1Preproc>realconstants>選擇EDIT對應于初初極線圈圈對應于初初極線圈圈選擇OK29在實常數(shù)數(shù)1中，，輸入初初極線圈圈數(shù)據(jù)線圈區(qū)單單元類型型號選擇APPLY(輸入次極極線圈數(shù)數(shù)據(jù))30在實常數(shù)數(shù)組2中中輸入次次極線圈圈數(shù)據(jù)選擇OK31建電路單單元工作平面面處于屏屏幕中心心Preproc>create>circuit>centerWP建初極獨獨立電壓壓源IVS..Circuit>indpvltgsrc>AC/DCharmonic變壓器有有限元區(qū)區(qū)首先，鼠鼠標選取取起始節(jié)節(jié)點其次，鼠鼠標選取取終止節(jié)節(jié)點最后，鼠鼠標點取取電路單單元的偏偏置位置置32峰值（電電壓）相位角（（度）電路單元元標志號號選擇OK注:完成此窗窗口后，，才顯示示實際電電路單元元第三個位位置選取取后輸入入:33建立絞線線圈單元元(SCE)，將plane53單元構成成的線圈圈截面與與獨立電電壓源（（IVS））相連接..Circuit>strndcoil-首先，鼠鼠標選取取SCE連接到IVS的一端第二，鼠鼠標選取取SCE連接到IVS的另一端端第三，用用鼠標選選取SCE的偏置位位置最后的鼠鼠標點取取將SCE連接到有有限元區(qū)區(qū)的橫截截面上，該單元必必須為初初極的有有限元單單元建初極線線圈34絞線圈單單元的附附加信息息標志各個個SCE允許SCE改變已定定義好的的實常數(shù)數(shù)值選擇OK35建電阻（1E-8歐姆），，模擬短短路..Circuit>resistor鼠標第一一次選取取鼠標第二二次選取取鼠標第三三次選取取電阻器識識別號和和電阻值值選擇OK建次極電電路36建SCE，，將次極電電路與電電阻器(RES)相連接鼠標第一一次選取取將SCE連接到RES鼠標第二二次選取取鼠標第三三次選取取最后的鼠鼠標點取取將SCE連接到次次極單元元采用與前前面定義義過的絞絞線圈相相同的數(shù)數(shù)據(jù)選擇OK用戶線路路設備標標識圖37每個獨立立回路必必須約束束VOLT自由度Preproc>loads>apply-electric-boundary>-voltage-onnodes每個獨立立回路選選一個節(jié)節(jié)點選擇OK窗口輸入入“0”選擇OK38選擇APPLY線圈區(qū)要要求耦合合CURR和EMF自由度以以使電流流守恒，，以及使使繞組電電流均勻勻分布初極利用P-SIDE組件選取取初極單單元節(jié)點點在初極生生成兩組組耦合Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF選擇PickALL39在選取框內選選擇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讀入結果，圖圖形顯示兩種種結果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包含永永磁體在由磁體構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匝銜鐵和定子高電阻（無渦渦流）導磁率—使用用BH磁化曲線圓環(huán)線圈銜鐵定子H(A/m)B(T)55勵磁線圈加24伏伏躍變電壓時間（S）電壓(V)24圓環(huán)線圈銜鐵56利用trsolen宏命令生成模模型、單元、、實常數(shù)組、、材料命令窗口輸入入trsolen建模圓環(huán)線圈銜鐵57定義組件COIL(線圈單元)ARMATURE(銜鐵)RING(圓環(huán))線圈區(qū)域包括括電流自由度（（CURR）實常數(shù)(4)、400匝匝、24Ω電阻率RSVX為0.171E-7Ω-m環(huán)線圈銜鐵58完成邊界條件件設置施加銜鐵力標標志Solu>apply>flag>comp.force[ARMATURE]模型邊界平行行邊界條件Solu>apply>boundary>-fluxpar’’l-onlines線圈區(qū)域加24伏電壓Solu>apply>excitation>-voltagedrop-onareas(24伏電壓加到線線圈區(qū))載壓線圈的電電流耦合59定義瞬態(tài)分析析Solu>newanalysis[TRANSIENT]選擇OK定義將結果寫寫入結果文件件的頻度Solu>outputctrls>DB/resultsfile控制將結果寫寫入結果文件件的頻度，“2”表示每隔一個個時間子步寫寫入一次結果果文件選擇OK60定義載荷步時時間和時間步步長（子步長長）Solu>time/frequenc>timeandsubstps建議：利用前前面分析中的的L計算L/R時間常數(shù)，并并放大5倍起始時間步長長為.01/40在第一時間步步就施加激勵勵61允許程序自動動確定時間步步長定義允許的最最小時間步長長，時間步長長由場的變化化速度來控制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)證實實結結果果存存儲儲的的頻頻度度，，缺缺省省只只保保存存每每個個時時間間步步最最后后子子步步的的結結果果64選擇擇OK由于于鐵鐵芯芯區(qū)區(qū)使使用用了了BH曲線線（（非非線線性性）），，在在求求解解過過程程中中會會顯顯示示收收斂斂范范數(shù)數(shù)求解解時時間間（（秒秒））在在不不斷斷修修正正的的65對整整個個分分析析過過程程的的線線圈圈電電流流進進行行后后處處理理TimeHist>definevariables[ADD]線圈圈節(jié)節(jié)點點的的CURR自由由度度可可以以顯顯示示線線圈圈電電流流的的時時間間歷歷程程選擇擇OK用于于結結構構分分析析66在線線圈圈區(qū)區(qū)選選擇擇一一個個節(jié)節(jié)點點這是是在在線線圈圈區(qū)區(qū)選選擇擇的的節(jié)節(jié)點點的的節(jié)節(jié)點點號號（（自自動動輸輸入入））線圈圈電電流流自自由由度度參考考號號>1選擇擇OK該名名字字將將顯顯示示在在圖圖形形窗窗口口中中，，應應其其他他變變量量名名區(qū)區(qū)分分開開來來67當前前所所定定義義變變量量的的概概總總信信息息選擇擇CLOSE68圖示示線線圈圈電電流流選擇擇OK可選選擇擇輸輸入入其其他他變變量量（（采采用用相相同同標標度度））上述述定定義義的的參參考考號號69列出出最最大大/最最小小值值Thpost>listextremes選擇擇OK(缺省省情情況況下下，，列列出出全全部部變變量量)線圈圈電電流流的的時時間間歷歷程程列列表表顯顯示示（（隨隨時時間間變變化化值值））（（根根據(jù)據(jù)所所貯貯存存的的結結果果數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)））Thpost>listvariables選擇擇OK70在每每個個時時間間步步需需要要進進行行單單元元求求和和的的項項目目，，必必須須使使用用Elec&mag中的的選選項項TimeHist>elec&mag>magnetics概述述文文件件和和圖圖形形文文件件名名銜鐵鐵磁磁力力(牛牛)環(huán)功功率率損損失失（（瓦瓦））71當顯顯示示概概述述文文件件時時，，操操作作即即告告完完成成72trsol.plt圖形形文文件件可可利利用用ANSYS中的的DISPLAY實用用程程序序觀觀察察（（從從ANSYS啟動動界界面面進進入入））1)打開開圖圖形形文文件件trsol.pltfile>opengraphicsfile[trsol.plt]2)按“Plotnext”73trsol.plt文件件中中還還貯貯存存有有其其他他圖圖形形10-1圓環(huán)環(huán)功功率率（（瓦瓦））74可針針對對分分析析過過的的某某個個特特定定時時間間點點對對整整個個模模型型進進行行后后處處理理通過過列列表表顯顯示示結結果果文文件件中中的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，可可確確定定有有哪哪些些結結果果可可處處理理Postproc>resultssummary75讀入結結果有有多種種方法法1)利用載載荷步步和子子載荷荷步