Ansys教程电磁场分析.ppt

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1、2.2-2模型边界条件有模型边界条件有: 磁通量垂直磁通量垂直 磁通量平行磁通量平行 周期性对称周期性对称 * 偶对称偶对称 奇对称奇对称根据单元方程式施加边界条件根据单元方程式施加边界条件 矢量矢量(2D 或或3D) 标量标量 (3D) 基于单元边基于单元边 (3D)*在第在第2章来讨论章来讨论简单励磁的平面模型简单励磁的平面模型AABB 线圈线圈 (象征性的象征性的)铁芯铁芯空气空气2.2-3在在2D静磁场、交流和瞬态分析中采用磁矢量势方法静磁场、交流和瞬态分析中采用磁矢量势方法(MVP) 此公式称为此公式称为MVP ，磁通量密度磁通量密度(B) 等于矢量势等于矢量势(A) 的旋度的旋度

2、B = Curl(A)对于二维情况，对于二维情况，A只有只有Z方向分量，在方向分量，在ANSYS中表示为中表示为“AZ” 自由度自由度模型有二种边界条件描述模型有二种边界条件描述 -Dirichlet条件（条件（AZ约束）约束） : 磁通量平行于模型边界磁通量平行于模型边界 Neumann 条件（自然边界条件）条件（自然边界条件）:磁通量垂直于模型边界磁通量垂直于模型边界2.2-4沿沿A-A 通量平行边界条件需满足：通量平行边界条件需满足： 模型中模型中A-A 的左边和右边是相同的的左边和右边是相同的 几何形状相同几何形状相同 材料属性相同材料属性相同 左边和右边励磁相位差左边和右边励磁相位差

3、180度（即方向度（即方向相反）相反）对称平面边界条件对称平面边界条件 沿沿A-A必须加约束必须加约束BB（1/2）对称模型）对称模型Pole FaceAAPreproc.loadsapplyboundaryflux parllines2.2-5半对称模型与全模型比较：半对称模型与全模型比较： 磁通量密度是相同的磁通量密度是相同的 线圈上线圈上Lorentz 力是相同的力是相同的 贮能为贮能为 1/2 极面上力为极面上力为 1/2 加载电流密度与全模型相同加载电流密度与全模型相同 线圈线圈 (象征性的象征性的)简单导磁体的半对称模型简单导磁体的半对称模型2.2-6沿沿B-B磁通量垂直边条件需满

4、足磁通量垂直边条件需满足 B-B线上下两边如下参数是相同的线上下两边如下参数是相同的 几何形状几何形状 材料性质材料性质 B-B线上下两边励磁相同线上下两边励磁相同对称面对称面 (B-B)边界条件边界条件 2D磁矢量势磁矢量势(MVP)方式，无须处理方式，无须处理 加载电流与全模型相同加载电流与全模型相同Quarter symmetry model of the simple magnetizerBB2.2-71/4模型与全模型比较模型与全模型比较 磁通密度分布相同磁通密度分布相同 贮能为贮能为1/4 所示线圈上的所示线圈上的Lorentz力力 1/2 作用在极面上力为作用在极面上力为1/2励

5、磁体励磁体1/4对称模型对称模型BB2.2-8单元单元plane13 and plane53 用于模拟用于模拟2D磁磁场场 Plane13: 4 节点四边形节点四边形 耦合场自由度：温度，结构，磁耦合场自由度：温度，结构，磁 电源为电源为Z方向方向 B 为线性变化为线性变化 适用于：适用于：Plane13 变压器变压器 汇流排汇流排 传感器传感器 线性或任意线性或任意 永磁系统永磁系统 螺线管磁体（致动器）螺线管磁体（致动器） 直线或旋转电机直线或旋转电机 负载机械负载机械 机械力矩机械力矩2.2-9 plane53: 8 节点，四边形节点，四边形 耦合场自由度耦合场自由度: 磁磁 与电路单元

6、耦合与电路单元耦合 电流为电流为 Z 方向方向 B 可为二次非线性变化可为二次非线性变化 通常情况下的推荐使用单元通常情况下的推荐使用单元 适用于精度要求较高的分析适用于精度要求较高的分析 场量分析场量分析 大型机械力矩大型机械力矩中节点中节点2.2-10定义定义Plane13的单元类型和单元选项的单元类型和单元选项Preprocelement type add/ edit/delete选择选择ADD选择选择Plane13用单元类型号用单元类型号给平面赋属性给平面赋属性 选择选择OK2.2-11一旦定义单元类型，要选择单元一旦定义单元类型，要选择单元 选项选项单元选项控制单元选项控制: 2D直

7、流模拟为直流模拟为AZ自由度自由度 2D 模拟型式模拟型式 轴对称轴对称 平面平面点取单元选项点取单元选项2.2-12几何体型几何体型式式用于直流模拟用于直流模拟 选择选择 OK用于定义平面属性的参考号用于定义平面属性的参考号因为因为plane13 用于耦合场模拟，故该用于耦合场模拟，故该单元可以具有应力单元可以具有应力/应变结构选项应变结构选项2.2-13平面与轴对称比较平面与轴对称比较端部效应端部效应 平面平面: 不包括不包括 轴对称轴对称: 自动包括自动包括正向电流方向相反正向电流方向相反 线圈线圈两种情况都是施两种情况都是施加正向电流加正向电流铁板铁板磁流密度矢磁流密度矢量显示量显示铁

8、环铁环轴对称轴对称: +Z 电流方向进平面电流方向进平面平面平面:+Z 电流方向出平面电流方向出平面2.2-14 磁力线描述磁力线描述 平面平面: AZ等值线等值线 轴对称轴对称: r AZ 等值线等值线电枢电枢线圈线圈定子定子平面或平面或 轴轴对称对称 ?平面或平面或 轴轴对称对称 ?2.2-15 力、能量、电感的描述力、能量、电感的描述 平面平面: 单位长度单位长度 轴对称轴对称: 整个圆周上的值整个圆周上的值 力力: 轴对称轴对称: 无有效径向力（相互平衡）无有效径向力（相互平衡） 单位弧度力不为零（曲度线圈）单位弧度力不为零（曲度线圈）2.2-16 定义定义Plane53的单元类型和选

9、项的单元类型和选项Preproc.element typeadd/edit/delete 选择选择 Add 选择选择 8节点节点Plane53增加单元类型号以增加单元类型号以给平面赋属性给平面赋属性 选择选择 OK2.2-17 定义单元类型后选择单元选项定义单元类型后选择单元选项 单元选项控制单元选项控制: 绞线圈电压加载选项绞线圈电压加载选项 * 连接电路单元与有限元连接电路单元与有限元区区* 模拟运动体的自由度模拟运动体的自由度*包括交流分析包括交流分析plane53单元模拟运动导体示图单元模拟运动导体示图 选择选择OK2.2-18考虑速度效应时，要求增加输入信息考虑速度效应时，要求增加输入信息 在实常数中定义。选择单元选项后，定义实常数是很方便的在实常数中定义。选择单元选项后，定义实常数是很方便的Preprocreal constants.选择选择2.2-19平面属性要求实平面属性要求实常数设置号常数设置号速度单位速度单位: 米米/秒秒角速度单位角速度单位: 弧度弧度/秒秒 选择选择 OK平面属性要求赋予平面属性要求赋予单元类型号数单元类型号数