Ansys电磁场第三章课件

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1、3.2-1,第三章第2节,二维交流和瞬态分析,3.2-2,10 电阻器,50 mH 电感器,2 f 电容器,24 伏电压源,电路单元应用,问题描述 电路由如下组成: 10 电阻 50 mH 电感器 2f 电容器 电压源 24 伏（峰值） 1000 Hz 频率 分析顺序 建模 进行模拟 后处理 电流 功率,3.2-3,Circ124 单元类型 除了指定界面单元外，它不是有限元范畴的一部分 线单元 并不象Plane53 或Plane13要分网格 具有模拟不同电路单元的多种性能 电阻器，电感器，电容器 不同类型的电流源 不同类型的电压源 互感器单元 广泛帮助,从Help 查询到Circ124 单元类

2、型(典型例）,3.2-4,用 实用命令菜单中的命令清除数据库中的数据 Utilityfileclear and start new 如下菜单生成电路单元 Preproccreatecircuit 在生成任何电路单元前，需要调整工作平面 Preproccreatecircuitcenter WP 首先建立独立电压源 (IVS),3.2-5,建立 IVS Circuitindependent vltg sourceDC/AC harmonic 鼠标变成“橡皮筋”状态，自由定位电路单元的位置 在图形窗口中，必须用鼠标选取三个位置 单元的起始节点 单元的终止节点 两个节点左边或右边的偏置量,IVS（独

3、立电压源）,3.2-6,鼠标点取的第一位置，为单元的 I 节点,鼠标点取的第二位置，为单元的 J 节点,鼠标点取的第三位置，以确定单元的定位,3.2-7,一旦鼠标点取完三个位置，程序弹出一个对话框以输入 IVS的参数,V4,识别号,电压幅值 (峰值)， 不是均方根值,相位角 (度),选择 OK,3.2-8,建电阻器 . Circuitresistor 当选择第二个位置时，双击鼠标，使其同时也成为第三个位置 这并不必须完全点取在同一个位置，电路建模器会自动捕捉到已存在的节点,鼠标点取的第一点,鼠标点取的第二点,识别号,电阻值 ,选择 OK,3.2-9,建电感器 . Circuitinductor

4、 当选择第二个位置时，双击鼠标，使其同时也成为第三个位置 这并不必须完全点取在同一个位置，电路建模器会自动捕捉到已存在的节点,鼠标点取的第一点,鼠标点取的第二点,识别号,电感值 (H),选择 OK,3.2-10,建电容器 . Circuitcapacitor 当选择第二个位置时，双击鼠标，使其同时也成为第三个位置 这并不必须完全点取在同一个位置，电路建模器会自动捕捉到已存在的节点,鼠标点取的第一点,鼠标点取的第二点,识别号,电容值 (farads),选择 OK,3.2-11,到这里，建模就完成了 电路单元的每一个闭合回路要求约束电压（ VOLT）自由度（接地） Preprocloadsappl

5、yboundary-voltage-on nodes 选取回路中的任何一个节点,选择 OK,3.2-12,执行求解 Solunew analysis Harmonic 设置激励频率 Solutime/frequencfreq and substps,选择 OK Solucurrent LS 选择 OK,3.2-13,为获取电路单元结果，可列表显示单元解 缺省状态下的激活结果为虚数解 Postproclist resultselement solution,选择 OK,3.2-14,虚数分量求解结果,3.2-15,为获取电路单元结果，可列表显示单元解 必须读入实数解 Postproc-read

6、results-by load step 选择 REAL 选择 OK Postproclist resultselement solution,3.2-16,实数分量求解结果,3.2-17,2D 变压器应用实例,问题描述 变压器初极构成如下: 2 直流电阻 1080 匝 变压器次极构成如下: .02 直流电阻 108匝 电压源 60 伏特峰值 60 Hz 频率 线圈在 75 C 叠层长度: 70 mm,初极,次极,磁路,空气隙,不同颜色表示不同材料,3.2-18,分析过程 利用对称性 模拟次极短路情况 建立电路模型 实常数设置 耦合 进行交流分析 后处理 电流 功率,3.2-19,物理区域描述

7、 铁区 导磁 叠片铁芯，无须考虑集肤效应 线圈区 绞线圈 (无集肤效应) 导电率随温度的增加而增加 初极 由独立电压源（ IVS）驱动 次极 短路,全部边线通量平行,3.2-20,材料性质 铁 r = 10,000 : Not input 线圈 r = 1 = 2E-7 空气 r = 1,空气,铁,次极线圈,初极线圈,3.2-21,用 in_tran宏建立变压器对称的一半模型 在命令行输入： in_tran,变压器模型,铁芯叠片: 材料 2,空气隙,初极,次极,3.2-22,模型数据 组件 初极线圈 p-side (单元+节点) 次极线圈 s-side (单元+节点) 单元类型 2 用于两个线

8、圈区域 两个线圈的横截面积相同，并用参数 ACOND定义,单元类型 2,3.2-23,电路单元条件,初极 由一个独立电压源( IVS) 单元提供激励载荷 用一个绞线圈将独立电压源( IVS)连接到有限元区域上 次极 用一个小电阻模拟短路条件 用一个绞线圈将电阻连接到有限元区域上,要求在单元类型选项中激活这些自由度,3.2-24,线圈区域单元类型的自由度选项必须激活 Preprocelement type-add/edit/delete OPTIONS,选择 OK,线圈单元类型号,要求选取这些自由度,3.2-25,每个线圈必须输入实常数数据，使之符合于指定的直流电阻值,次边 (s-边) 实常数设

9、置号2,原边(p-边) 实常数为1,3.2-26,对于平面模型，绞线圈实常数数据组成如下 区域截面积(CARE) = 线圈单元的总面积（可用面积求和） 匝数(TURN) 长度: 必须为折合长度 (LENG) 电流正方向（“进”或“出”平面方向）（RIRZ ） 线圈填充系数(FILL)（随后计算）,线圈单元图,3.2-27,如果用两个截面来模拟线圈，则线圈电阻应分配到两个截面上 如果只有一个截面模拟整个线圈电阻，那么这个截面必须相应于线圈电阻（例题所示） 平面截面线圈填充系数表达式为：,式中 N = 线圈匝数 =电阻率 ( -M) L = 折合长度 (M) (折合长度L可能需作适当调整，以计及终

10、端绕组的影响） A = 线圈区域单元面积 (m2) Rcoil = 单个线圈电阻(),3.2-28,对于初极线圈 N = 1080 L = .07 m = .2E-7 -m Rcoil = 2 A = ACOND = .00125 m2 Cf = .07258 (对应于一个线槽内的整个线圈) 对于次极线圈 N = 108 L = .07 m = .2E-7 -m Rcoil = .02 A = ACOND = .00125 m2 Cf = .653184 (对应于一个线槽内的整个线圈),3.2-29,这些值输入到每个线圈的实常数组中 初极线圈，实常数组设置为1 Preprocreal cons

11、tants,选择 EDIT,对应于初极线圈,对应于初极线圈,选择 OK,3.2-30,在实常数1中，输入初极线圈数据,线圈区单元类型号,选择 APPLY (输入次极线圈数据),3.2-31,在实常数组2中输入次极线圈数据,选择 OK,3.2-32,建电路单元,工作平面处于屏幕中心 Preproccreatecircuitcenter WP 建初极独立电压源IVS . Circuitindp vltg srcAC/DC harmonic,变压器有限元区,首先，鼠标选取起始节点,其次，鼠标选取终止节点,最后，鼠标点取电路单元的偏置位置,3.2-33,峰值（电压）,相位角（度）,电路单元标志号,选择

12、 OK 注: 完成此窗口后，才显示实际电路单元,第三个位置选取后输入:,3.2-34,建立绞线圈单元(SCE) ，将plane53单元构成的线圈截面与独立电压源（IVS）相连接 . Circuitstrnd coil -,首先，鼠标选取SCE连接到IVS的一端,第二，鼠标选取SCE 连接到IVS的另一端,第三，用鼠标选取SCE 的偏置位置,最后的鼠标点取将SCE连接到有限元区的横截面上 ，该单元必须为初极的有限元单元,建初极线圈,3.2-35,绞线圈单元的附加信息,标志各个SCE,允许SCE改变已定义好的实常数值,选择 OK,3.2-36,建电阻（1E-8欧姆），模拟短路 . Circuitr

13、esistor,鼠标第一次选取,鼠标第二次选取,鼠标第三次选取,电阻器识别号和电阻值,选择 OK,建次极电路,3.2-37,建SCE，将次极电路与电阻器(RES)相连接,鼠标第一次选取将SCE 连接到RES,鼠标第二次选取,鼠标第三次选取,最后的鼠标点取将SCE 连接到次极单元,采用与前面定义过的绞线圈相同的数据 选择 OK,用户线路设备标识图,3.2-38,每个独立回路必须约束VOLT 自由度 Preprocloadsapply-electric-boundary-voltage-on nodes 每个独立回路选一个节点 选择OK 窗口输入“0” 选择OK,3.2-39,选择 APPLY,线

14、圈区要求耦合CURR和EMF自由度以使电流守恒，以及使绕组电流均匀分布 初极 利用P-SIDE组件选取初极单元节点 在初极生成两组耦合 Preproccoupling/ceqncouple DOF 选择 Pick ALL,3.2-40,在选取框内选择Pick ALL （由于由于前面选了APPLY）,选择 OK,设置号必须不相同,选择 OK,初极耦合,3.2-41,对初极必须生成相同类型的耦合组 利用组件S-SIDE选择次极节点,对次极生成两组耦合 Preproccoupling/ceqncouple DOF 选择 Pick ALL,选择 APPLY,设置号必须唯一,3.2-42,在选取框内选择

15、Pick ALL （由于前面选了APPLY）,设置号唯一,次极耦合,选择OK,3.2-43,铁芯外边加通量平行边界条件 Preprocloadsapplyboundaryflux parl on lines 选择OK,注：线段颜色变亮,3.2-44,进行模拟，进入求解器 Solunew analysis HARMONIC 设置模拟频率 Solutime/frequencfreq&substps,选择 OK,3.2-45,激活整个模型 Utilityselecteverything 开始求解 SoluCurrent LS,确认模型为二维,电路附加自由度,选择 OK,3.2-46,读入结果，图形显

16、示两种结果,Postprocby load step REAL 实数解,Postprocby load IMAGINARY 虚数解,3.2-47,确认线圈的直流电阻 选择线圈区域（材料3） 定义单元表选项(ERES) 求电阻 Postprocelement tabledefine table ADD,从Help查询PLANE53单元,3.2-48,生成ERES求和 只选初极线圈单元： p-side组件 对全部激活单元的ERES求和 Postprocelement tablesum of each item 选择OK,只选择次极线圈单元： s-side组件 对全部激活单元的ERES求和 Postprocelement tablesum of each item 选择 OK,3.2-49,电路单元结果包括: 线圈电流 功率 选择电路单元 Postprocl