二维时谐分析 Ansys工程电磁场有限元分析 华科电气.doc

第三章 二维时谐分析 （2-D Harmonic (AC) Analysis） 分析对象：正弦交变电流产生的效应 Eddy currents涡流 Skin effects集肤效应 Power loss due to eddy currents涡流损耗 Forces and torque力和力矩 Impedance and inductance阻抗和自感 Two contacting bodies with dissimilar meshes不同网孔（如转子/定子气隙） 典型应用： Transformers变压器 Induction machines电感器 Eddy-current braking systems涡流刹车系统 Most electromagnetic devices that work on AC交流电磁装置 不能有永磁体，不考虑磁滞效应。 3.1 线性分析与非线性分析 严格上讲，时谐分析只适用于线性分析。 中等饱和的非线性问题，如果不关心波形畸变，只关心时间平均的量，则可分析。 B-H曲线为等效值。 严格的非线性分析只能通过瞬态分析完成。3.2 所用的单元 实体单元： 单元 形状特点 节点自由度 PLANE13 4节点四边形 或 3节点三角形 至多4个： 磁矢位 (AZ), 位移, 温度, 时间积分电位V PLANE53 8节点四边形 或 6节点三角形 至多4个： 磁矢位 (AZ), 时间积分电位V，电流，电动势降 远场单元： 单元 形状特点 节点自由度 INFIN9 2节点线段 Magnetic vector potential (AZ) INFIN110 4节点 或 8节点四边形 至多3个： 磁矢位 (AZ), 时间积分电位V，温度 电路单元： 单元 形状特点 节点自由度 CIRCU124 6节点 至多3个： 电位、电压、电动势降 3.3 创建2D时谐分析物理环境 自由度选项 AZ：无外加电压；用于短路导体 AZ-VOLT：允许外加电压，可模拟多种状况 Note： (time-integrated potential)，（单位：V s）。同一断面上V是常数。使用时需要对所有相关节点进行耦合。 AZ-CURR：用于电压源驱动的线圈（线圈不计涡流） 模型物理特性设置 短路导体 短路导体 DOFs: AZ 材料属性: mur, (MURX), rho (RSVX) 涡流形成回路；没有电压降 开路导体：耦合电位；无净电流 开路导体 DOFs: AZ, VOLT 材料属性: mur (MURX), rho (RSVX) Special characteristics: Couple VOLT DOF 载流块导体：耦合电位；有净电流 共地导体：耦合电压；用于如端部效应能忽略的鼠笼转子等 共地多导体 DOFs: AZ, VOLT 材料属性: MUr (MURX), rho (RSVX) 特性: 耦合全部节点电位 载压线圈：耦合电流；外加电压 载流线圈：外加电流，均匀电流密度 建模与剖分 集肤效应的考虑 集肤深度： 每个集肤深度至少划分一层单元。 施加边界条件与载荷 边界条件与载荷可以加在实体（线、面）上，也可以直接加在有限元模型（节点、单元）上。 周期性边界条件： Command(s): PERBC2D GUI: Main Menu Preprocessor Loads Define Loads Apply Magnetic Boundary Vector Poten Periodic BCs 奇对称（odd symmetry）选项表示半个周期对称条件；偶对称（even symmetry）表示全周期对称。 频率（单位为Hz）： Command(s): HARFRQ GUI: Main Menu Solution Load Step Opts Time/Frequenc Freq and Substps 求解 定义时谐分析类型 Main Menu Solution Analysis Type New Analysis，选择Harmonic analysis. 定义分析类型（默认Full）Main Menu Solution Analysis Options 选择方程求解器（2D默认波前求解器）Main Menu Solution Analysis Options 非线性问题迭代选项（默认）Main Menu Solution Load Step Opts Nonlinear Convergence Crit 设置频率：Main Menu Preprocessor Loads Load Step Opts Time/Frequenc Freq