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1、第三章第1节,2-D交流和瞬态分析,3.1-2,交流模拟的基本概念,交流模拟是一种随时间变化的模拟假定励磁为正弦波,角 (度),励磁电压 (V) 电流密度 (A/m2),3.1-3,可用两个场分量来表示电相角为0场分量电相角为90场分量考虑一个导电杆在一个绞线线圈中,3.1-4,通量平行条件,通量垂直条件,绞线圈,二维轴对称有限元模型,电流密度: 1E6 A/m2 频率: 100Hz,导电杆,3.1-5,二种求解结果:实数解: 线圈励磁相位0度虚数解：相位差90度,实数解,虚数解,3.1-6,利用这两种求解结果，任何时间处的场量都能用迭加的方法来生成,执行动画文件：acaz.avi观察场动画,
2、3.1-7,根据Faradays 定律，线圈中的时变电流会在导体中感生电流,执行动画文件acjt.avi ，观察电流动画,3.1-8,其他假定模拟只考虑感应效应Faradays定律在绞线圈中感生电流在大导体内电流会重新分布不考虑射频效应模拟是线性的几何体不变保持均匀性条件如果用BH曲线描述材料性质，就可以模拟饱和状态,3.1-9,导电杆中最值得注意的电流效应是感生电流的非均匀性,杆中心,杆外半径,(m),3.1-10,集肤效应是由Amps 定律和Faradays定律耦合而产生无源、半平面导体电场每隔如下厚度衰减1/ e： = ( f) -1/2 (m)式中 = 磁导率 = r 0 = 电导率=
3、 1 / =电阻率 (Ohm-m)f = 频率(Hz),3.1-11,导电杆取下列数据:, = 100 00 = 1.2566E-6 (H/m)= 2E-7 (Ohm-m)f = 100 (Hz) 代入, =(3.1415)(100)(1.2566E-6)(.5E+7)(100) -1/2 =.0023 m =2.3 mm与图形相对应，从外半径（7.7mm）向内2.3mm，由于轴对称形状的影响，电流衰减值大于表面电流值的1/e (2.71) 。,3.1-12,模拟交流状态，有三种基本物理考虑 (1) 模拟施加到线圈/导电杆上的功率的方法施加电流边界条件已知电流值致动器感应加热施加电压边界条件不
4、知道电流值电机施加了任意载荷的非理想变压器,3.1-13,(2) 导电体类型绞线型导体: 导体是否细到足以忽略涡流效应的影响? （涡流效应以非均匀的方式重新分布电流）典型应用:变压器绕组电机绕组 致动器绕组,3.1-14,块导体:导体大到足以允许涡流的产生。 场量和电流的峰值在一个或多个面上会重新分布,典型应用:变压器中的大导体鼠笼电机导电杆感应加热,3.1-15,BSUM (T),MX,电流密度幅值 (A/m2),MX,导电杆,在绞线圈内的圆柱形导电杆上能观察到涡流效应,3.1-16,(3) 终端条件终端短路条件: 导体间是否在端部连接以允许电流在导体之间流过 ?,三维导体终端连接,二维模型
5、,3.1-17,端部短路条件不用任何对称条件，只模拟导体一部分:,三维导体终端连接,部分导体不建模,二维模型,3.1-18,端部开路条件:导体端部是否分开以至于电流不能在导体之间流过?,三维导体在终端开路,二维模型,3.1-19,材料性质:要模拟涡流，需另外提供的材料性质是电阻率( RSVX)单位：欧姆-米某些单元类型选项要求定义电阻率，可参考单元选项的帮助文档RSVX可以是的温度的函数,3.1-20,如何模拟叠片铁芯 ?叠片允许使用可导磁的材料，但无损于铁芯中涡流的发展。可是， BH数据和磁导率是频率、叠片材料和叠片厚度的函数。通常，如果存在空气隙，就可不需要考虑迭层系数。如果需要考虑的话，
6、迭层系数效应包含在磁导率数值内。,3.1-21,迭片平行于磁通: eff = S (r - 1 ) + 1式中 r = 迭片磁导率S = Wi/(Wi+Wa)Wi = 一个迭片厚度Wa = 迭片之间非导磁材料厚度,叠片,磁通方向,3.1-22,迭片垂直于磁通: eff = r / r - S (r - 1 ) 式中 r = 迭片磁导率S = Wi/(Wi+Wa)Wi = 单个迭片厚度Wa = 迭片之间非导磁材料厚度,磁通方向,叠片,3.1-23,应用: 电机槽内导体,问题描述平面导体为电流供电导体为块导体 导体和空气都在磁导率无限大的槽内分析顺序建模加边界条件执行模拟后处理磁力线功率损失,导体
7、,空气,铁,3.1-24,性质导体: r = 1 = 17.1 -mm空气: r = 1 槽材料: 完全导磁材料励磁1 安培(峰值)交流电流初始相位为0度,空气,铁,导体,3.1-25,因为电流加在整个导体截面上，要求VOLT 自由度耦合建立两种单元类型空气为1号单元类型导体为2号单元类型，具有VOLT 自由度Preprocelement typeadd/edit/delete,导体为2号单元类型,平面,选择 OK,3.1-26,建立空气材料(MURX =1) 性质（1号材料）Preprocmaterial propsisotropic (用Apply 来选择)建立导体材料(MURX =1 a
8、nd RSVX=17.1E-9) 性质（2号材料）Preprocmaterial propsisotropic,选择 OK,3.1-27,为建模输入参数A = 6.45 mmB = 8.55 mmC = 8.45 mmD = 18.85 mmE = 8.95 mm,用二者之一1) 窗口命令2) Utilityparameterscalar,输入参数后选择Accept,3.1-28,选择 Apply建立导体上半部份,建立导体下半部份Preproc createrectangleby dimensions,把上下导体连成一个平面Preprocoperateaddareas Pick All,3.1
9、-29,建空气间隙,利用glue 操作连接两个平面 Preprocoperateglueareas 选择 Pick All,选择 OK,3.1-30,空气区域属性的缺省值为1号材料和1号单元给导体赋属性Preproc-Attributes-definepicked areas (选择导体),选择 OK,3.1-31,生成网格Preprocmesh-areas-free mesh选择Pick All,打开材料号显示,3.1-32,模拟端部条件需要耦合电压（VOLT）自由度选择导体节点,3.1-33,进行耦合Preproccoupling/ceqncouple DOFs,耦合显示符号,主节点,选择
10、 OK,3.1-34,空气隙上部加通量平行条件 Preprocloadsapplyboundaryflux parlon lines,3.1-35,利用.001系数来缩放模型，使其单位制从毫米变化到米选择整个模型Preprocoperatescaleareas,选择 OK,3.1-36,给导体加峰值电流（安培）Preprocloadsapply-electric-excitationon keypoints选取导体的任一个关键点给该点加上1安培峰值电流,选择谐波分析类型 Solutionnew analysis (选择Harmonic),3.1-37,设置分析的交变频率Solutiontime
11、/frequencfreq & substeps,终止频率：允许模拟多个频率,多个频率模拟时，确保相同频率激励,确定（模拟）中间频率分段数,3.1-38,进行模拟UtilityselecteverythingSolutioncurrent LS,选择 OK,3.1-39,后处理可处理两个解检察外加电流时的同相场 (实数解 )Postprocby load step,选择 OK,3.1-40,电流分布选择导体 Postprocelec&mag calccurrent,对于实数解,磁力线图示Postprocplot results2D flux lines,3.1-41,利单元表数据JT （实数解
12、）看电流等值图Postprocplot resultselem table,3.1-42,检察与外加电流相差90度相位的场量（虚数解）Postprocby load step,选择 OK,3.1-43,磁力线图示Postprocplot results2D flux lines,电流分布选择导体 Postprocelec&mag calccurrent,虚数解,3.1-44,Postprocplot resultselem table (虚数解),选择 OK,3.1-45,计算导体中的功率损失 Postprocelec&mag calcpower loss,功率损失为单位导体长度,结果以参数方
13、式贮存，可用命令 Utilityparameterscalar来观察,3.1-46,图示功率损失Postprocplot resultselem table (PLOSSD),选择 OK,3.1-47,应用实例: 带圆环的交流致动器,例题描述轴对称加载电压绞线型线圈屏蔽极是一个圆环分析顺序建模加边界条件和载荷进行模拟后处理时间平均力屏蔽极功率损失线圈阻抗 Z = V / I = Re + jRi,3.1-48,Units: m,材料性质:线圈: 铜直流电阻: 12 400 匝, 32 线径 = 17.1 -mm 铜环: r = 1 = 17.1 -mm空气: r = 1 定子和衔铁: 铁素体r
14、 = 1000 1 -m励磁: 24 V RMS AC 模型: 轴对称,3.1-49,物理区域描述屏蔽极圆环是连续的截面电流不为零.线圈线圈由小于32线径导线组成，细绞线忽略集肤效应.铁芯区 (衔铁和定子)导磁电阻太大而不计涡流.,3.1-50,利用acsolen.mac宏建模未图示空气单元线圈属性单元类型: 设置2号单元(Plane53)线圈要求电压供电实常数设置设置 4要求相应于直流电阻12欧姆的线圈400 匝,3.1-51,屏蔽环属性连续圆环：短路状态单元类型: 1号单元(Plane53)材料设置 4电阻率 RSVX定子（非导体）单元类型: 1号单元 (Plane 53)材料号 2衔铁（非导体）单元类型: 1号单元 (Plane 53)材料号3,Shading ring,3.1-52,为了确定自由度，可查询Help UtilityHelpT of Canalysis guideElectromagneticHarmonic,
