ansys电磁场仿真分析教程剖析

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1、1-1,目录,第一章 电磁场仿真简介 第二章 二维静态分析 第1节 第2节. 第3节. 第4节 第5节 第三章 二维谐波和瞬态分析 第1节. 第2节. 第四章 三维电磁场分析 第1节. 第2节. 第3节. 第4节. 第5节. 第五章 耦合场分析概况,1-4 2.1-1 2.2-1 2.3-1 2.4-1 2.5-1 3.1-1 3.2-1 4.1-1 4.2-1 4.3-1 4.4-1 4.5-1 5-1,1-2,第一章,教程综述,1-3,ANSYS/EMAG能用于模拟工业电磁装置 电磁装置当然是3维，但可简化 为2维模型 。 模拟可考虑为： 稳态 交流（谐波） 时变瞬态 阶跃电压 PWM(脉

2、宽调制） （Pulse Width Modulation) 任意,1-4,利用轴对称衔铁和平面定子设计致动器的一个实例 衔铁旋转 衔铁气隙可变化 完整模型由2个独立部件组成 衔铁模块 定子模块,执行: solen3d.avi看动画,1-5,模拟过程概述,利用如下方式观察装置 2D与3D 平面与轴对称 利用轴对称平面简化模型 定义物理区域 空气，铁，永磁体等等 绞线圈，块导体 短路，开路 为每个物理区定义材料 导磁率（常数或非线性） 电阻率 矫顽磁力，剩余磁感应,衔铁,线圈,锭子,实体模型,1-6,建实体模型 给模型赋予属性以模拟物理区 赋予边界条件 线圈激励 外部边界 开放边界 实体模型划分网

3、格 加补充约束条件（如果有必要） 周期性边界条件 连接不同网格,有限元网格,1-7,进行模拟 观察结果 某指定时刻 整个时间历程 后处理 磁力线 力 力矩 损耗 MMF（磁动势） 电感 特定需要,1-8,模拟由3个区域组成 衔铁区: 导磁材料 导磁率为常数（即线性材料） 线圈区: 线圈可视为均匀材料. 空气区:自由空间 (r = 1) .,衔铁,线圈,1-9,性质 柱体: r = 1000 线圈: r = 1 匝数: 2000 (整个线圈) 空气: r = 1,激励 线圈励磁为直流电流: 2 安培,单位 (mm),衔铁,Coil,长度=35,Y,X,模型 轴对称,材料号 2,材料号3,1-10

4、,建模 设置电磁学预选项（过滤器） 对各物理区定义单元类型 定义材料性质 对每个物理区定义实体模型 铁芯 线圈 空气 给各物理区赋材料属性 加边界条件,1-11,设置预选过滤掉其它应用的菜单 Main menupreferences,选择OK,1-12,定义所有物理区的单元类型为 PLANE53 PreprocessorElement typeAdd/Edit/Delete 选择 Add 选择磁矢量和8节点53号单元 选择 OK,1-13,模拟模型的轴对称形状 选择Options（选项） Element behavior（单元行为） 选择 Axisymmetric（轴对称） 选择OK,1-14

5、,定义材料 PreprocessorMaterial PropsIsotropic,定义空气为1号材料(MURX = 1),选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）,选择OK,1-15,定义衔铁为2号材料,选择OK,选择 Apply (自动循环地选择下一个材料号）,1-16,定义线圈为3号材料 (自由空间导磁率，MURX=1),选择 OK,选择 OK (退出材料数据输入菜单）,1-17,建立衔铁面 PreprocessorCreateRectangleBy Dimensions,选择Apply (重复显示和输入) 建立线圈面,选择 Apply,利用TAB 键移动输入窗口,1-18,建立

6、空气面,选择 OK,到了这步，建立了全部平面，但它们还没有连接起来.,衔铁,线圈,1-19,用Overlap迫使全部平面连接在一起 PreprocessorOperate OverlapAreas 按Pick All,现在这些平面被连接了，因此当生成单元时，各区域将共享区域边界上节点,这种操作后，原先平面被删除，而新的平面被重新编号,1-20,这些平面要求与物理区和材料联系起来 Preprocessor-Attributes-DefinePicked Areas 用鼠标点取衔铁平面 选择OK (在选取框内） 材料号窗口输入2,选择 OK,对于没有明确定义属性的面，其属性缺省为1,1-21,这些

7、平面要求与物理区和材料联系起来 Preprocessor-Attributes-DefinePicked Areas 选取线圈平面 （在选择对话框里）点取OK 材料号窗口输入3,点 OK,1-22,加通量平行边界条件 Preprocessorloadsapply-magnetic-boundary-flux-parl 选On Lines并选取相应的线 选 OK,“所选取的线”,“所选取的线”,注：未划分单元前，加上这种边界条件,1-23,生成有限元网格 利用智能尺寸选项来控制网格大小 Preprocessor-Meshing-Size Cntrls-smartsize-basic,选择OK,1

8、-24,Preproc-Meshing-Mesh-Areas-Free 在选取框内选择ALL 选择OK 打开绘制单元的材料属性 UtilityPlotCtrlsNumbering,选择 OK,1-25,力边界条件标志需要单元部件，即一组具有 “名称”的单元 把衔铁定义为一个单元组件 选择衔铁平面 Utilityselectentities,用此选项在图形窗口中选择平面,再次选择用APPLY,一旦衔铁已选好，选择OK (在选取框内）,1-26,选择与已选平面相对应的单元,选择 OK 图示衔铁单元 Utilityplotelements,衔铁单元,用“面”,1-27,使单元与衔铁组件联系起来 Ut

9、ilitySelectComp/AssemblyCreate Component,选择 OK,1-28,加力边界条件标志 PreprocessorLoadsApply-Magnetic-FlagComp Force,选择OK,施加两个标志，用两个不同的方法来计算力 Maxwells 应力张量 虚功,即使只有一种选项，也要鼠标选取,1-29,以毫米单位生成的模型，最好把模型尺寸变换为国际单位制（变换系数 =.001) 使整个模型激活 UtilitySelectEverything 缩放平面-不用拷贝 Preprocoperatescaleareas,选择 OK,1-30,给线圈平面施加电流密度

10、选择线圈平面 UtilitySelectEntity,选择OK ( 实体选择框) 选择线圈平面 选择 OK (选取框内),1-31,激励线圈要求电流密度，故要得到线圈截面积. PreprocessorOperateCalc Geometric ItemsOf Areas 选择OK 要用线圈面积来计算电流密度，将线圈面积赋予参数CAREA UtilityParameterGet Scalar Data,选择 OK,1-32,下面窗口输入面积的参数名，用于后面电流密度输入,去掉面号（如果有的话）,这相应于几何面积总和,选择 OK,1-33,把电流密度加到平面上 PreprocessorLoadsA

11、pplyExcitationOn Areas (因为只激活了线圈平面，可在选取框内选择Pick All）,选择 OK,1-34,进行计算 Solu-solve-electromagnetOpt & Solve,选择OK,这些适用于用BH 数据来进行的分析，本题将忽略,1-35,生成磁力线圈 Postprocplot results2D flux lines 选择 OK,使用缺省设置，选择OK, （在通常情况下，可这样做）,单元边缘围绕的一个红色输廓表示该区域为同类材料号,1-36,计算力 PostprocElec&Mag CalcComp. Force,选择 OK,衔铁上力是在总体坐标系下表示

12、的，此力的方向为使气隙缩小,必须用鼠标选取,1-37,显示总磁通密度值 (BSUM) PostprocPlot ResultsNodal Solution,选择 OK,1-38,第二章 第2节,二维静磁学,1-39,EMAG 模拟的概念,模型边界条件有: 磁通量垂直 磁通量平行 周期性对称 * 偶对称 奇对称 根据单元方程式施加边界条件 矢量(2D 或3D) 标量 (3D) 基于单元边 (3D) *在第2章来讨论,简单励磁的平面模型,A,A,B,B,线圈 (象征性的),铁芯,空气,1-40,在2D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MVP ，磁通量密度(B) 等于矢量

13、势(A) 的旋度 B = Curl(A) 对于二维情况，A只有Z方向分量，在ANSYS中表示为“AZ” 自由度 模型有二种边界条件描述 -Dirichlet条件（AZ约束） : 磁通量平行于模型边界 Neumann 条件（自然边界条件）:磁通量垂直于模型边界,1-41,沿A-A 通量平行边界条件需满足： 模型中A-A 的左边和右边是相同的 几何形状相同 材料属性相同 左边和右边励磁相位差180度（即方向相反） 对称平面边界条件 沿A-A必须加约束,B,B,（1/2）对称模型,Pole Face,A,A,Preproc.loadsapplyboundaryflux parllines,1-42,

14、半对称模型与全模型比较： 磁通量密度是相同的 线圈上Lorentz 力是相同的 贮能为 1/2 极面上力为 1/2 加载电流密度与全模型相同,线圈 (象征性的),简单导磁体的半对称模型,1-43,沿B-B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 几何形状 材料性质 B-B线上下两边励磁相同 对称面 (B-B)边界条件 2D磁矢量势(MVP)方式，无须处理 加载电流与全模型相同,Quarter symmetry model of the simple magnetizer,B,B,1-44,1/4模型与全模型比较 磁通密度分布相同 贮能为1/4 所示线圈上的Lorentz力 1/2 作用在极面上力为1/2,励磁体1/4对称模型,B,B,1-45,单元plane13 and plane53 用于模拟2D磁场 Plane13: 4 节点四边形 耦合场自由度：温度，结构，磁 电源为Z方向 B 为线性变化 适用于：,Plane13,变压器 汇流排 传感器 线性或任意 永磁系统,螺线管磁体（致动器） 直线或旋转电机 负载机械 机械力矩,1-46,plane53: 8 节点，四边形 耦合场自由度: 磁 与电路单元耦合 电流为 Z 方向 B 可为二次非线性变化 通常情况下的推荐使用单元 适用于精度要求较高的分析 场量分析 大型机械力矩,中节点,1-47,定义Pla