二维时谐分析.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 Skin effects Power loss due to eddy currents Forces and torque Impedance and inductance Two contacting bodies with dissimilar meshes （如转子/定子气隙）典型应用： Transformers Induction machines Eddy-current braking systems Most electromagnetic devices that work on AC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PLANE134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VPLANE538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INFIN92节点线段Magnetic vector potential (AZ)INFIN1104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CIRCU1246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；有净电流载流块导体 DOFs：AZ, VOLT 材料属性： mur (MURX), rho (RSVX) 特点：耦合电位； 对一节点施加总电流。 总电流一定，电流分布未知。 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 DOFs：AZ, CURR 材料属性： mur (MURX), rho (RSVX) 特点：耦合电流； 施加电压。实常数：CARE, TURN, LENG, DIRZ, FILL 总电压一定，电流未知。 载压线圈：耦合电流；外加电压 载流线圈：外加电流，均匀电流密度载流线圈 DOFs：AZ 材料属性： mur (MURX), rho (RSVX) 特点：施加均匀电流密度； 总电流一定，不计涡流，电流均匀分 布。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): PERBC2DGUI: 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。 幅值、相位与频率相位（单位为）：只在多相分析时才有效，单相时令为0。频率（单位为Hz）：Command(s): HARFRQGUI: 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 and Substps 启动求解：线性问题：Main Menu Solution Solve Current LS非线性问题：Command(s): HMAGSOLVGUI: Main Menu Solution Solve Electromagnet Harmonic Analys Opt&Solv 跟踪收敛曲线 结束求解Command(s): FINISHGUI: Main Menu Finish查看结果获得的数据: Nodal magnetic flux density (BX, BY, BSUM) Nodal magnetic field intensity (HX, HY, HSUM) Nodal magnetic forces (FMAG: components X, Y, SUM) Nodal Lorentz magnetic forces (FMAG; components X, Y, SUM) Nodal reaction current segments (CSGZ) Joule heat per unit volume (JHEAT)示例：载压线圈时谐分析命令流：/batch,list/prep7/title, Voltage-fed thick stranded coil in free space/com, Calculate the current in the coil from an applied AC voltage /com,/com, Parameters/com, n = 500 coil turns/com, s = .02 (coil winding width and depth) meters/com, r = 3*s/2 meters (mean radius of coil)/com,/com,/nopret,1,53,1 ! airet,2,53,2,1 ! voltage forced coilet,3,110,1 ! far-fieldemunit,mksmp,murx,1,1mp,murx,2,1mp,rsvx,2,3.00e-8 ! resistivity of coils=.02n=500r=3*s/2rectng,s,2*s,0,s/2pcirc,0,6*s,0,90pcirc,0,12*s,0,90aovlap,allasel,s,area,1aatt,2,1,2asum*get,a,area,area ! area of 1/2 coil cross-sectionasel,s,area,4aatt,1,1,3asel,allcsys,1lsel,s,loc,x,9*slesize,all,1 esize,8mshape,0,2d ! mapped mesh with quadsmshkey,1amesh,1,4,3 ! mesh far-field and coil smrtsize,2esize,s/4mshape,1,2d ! specify triangle elementsmshkey,0 ! free meshamesh,5 ! mesh air regionr,1,2*a,500,1,1 ! coil constantsn1=node(s,0,0) ! get a node on the coilesel,s,mat,2 ! get coil elementsnsle,scp,1,curr,all ! couple curr dof in coilallsel,allcsys,1nsel,s,loc,x,12*ssf,all,inf ! set infinite surface flagcsys,0nsel,s,loc,x,0d,all,az,0 ! flux-parallel conditionallsel,allfinish/soluantype,harmesel,s,mat,2bfe,all,vltg,12 ! 12 volts load (real)esel,allharfrq,60 ! 60 Hz.solvefinish/post1set,1plf2d ! Plot real flux lines*get,ireal,no