ANSYS低频磁场第四章-5

1、第四章第四章 第第5节节三维电磁模拟三维电磁模拟4.5-2问题描述问题描述 半对称半对称 汇流排电流供电汇流排电流供电 双汇流排双汇流排分析顺序分析顺序 加边界条件加边界条件 进行模拟进行模拟 后处理后处理 计算电流分布计算电流分布 计算计算 ANGLE 组件力组件力 功率密度功率密度 总功率总功率双汇流排电流方向双汇流排电流方向4.5-3耦合场第一步模拟目的是计算耦合场第一步模拟目的是计算ANGLE组件力组件力磁场分析模型必须扩展以计算由磁场分析模型必须扩展以计算由汇流排汇流排其余部分其余部分产生的产生的ANGLE组组件力件力.汇流排之间间隙汇流排之间间隙为为0.75 英寸英寸4.5-4物理

2、区域物理区域 汇流排汇流排 自由空间自由空间: r = 1 = .5E-7 -m 空气空气 自由空间自由空间: r = 1 远程自由空间远程自由空间 用远场单元模拟用远场单元模拟励磁励磁: 50,000 A对称平面对称平面 X-Y平面：通量垂直（汇流平面：通量垂直（汇流排内电流同方向）排内电流同方向）汇流排水平间距汇流排水平间距: 1 英寸英寸单位单位: 英寸英寸ANGLE组件尺寸组件尺寸4.5-5在命令窗口输入在命令窗口输入angle3d建模建模模型信息模型信息 单元类型单元类型: 汇流排汇流排: 三维磁矢势单元三维磁矢势单元 -solid97 (材料材料2) 紧靠汇流排的自由空间紧靠汇流排

3、的自由空间: 三维磁矢势单元三维磁矢势单元-solid97 矢量与标量之间界面单元矢量与标量之间界面单元-inter115 三维磁矢势区域外的中间空间三维磁矢势区域外的中间空间: 标量单元标量单元 solid96 远程空间远程空间: 无限边界单元无限边界单元 -infin47 单元组件单元组件: 汇流排汇流排: BUS (汇流排全长）汇流排全长） 角型组件角型组件: ANGLE (只是汇流排的一部分，用于后续结构分析只是汇流排的一部分，用于后续结构分析)4.5-6Inter115 设置在矢量和标量单元设置在矢量和标量单元类型之间（单元类型类型之间（单元类型5）Infin47设置在模型外半径边设

4、置在模型外半径边界处（单元类型界处（单元类型3），本单元），本单元类型不需边界条件类型不需边界条件两种单元类型延伸到对称面上两种单元类型延伸到对称面上汇流排汇流排-solid97 (MVP) infin47不在远离汇流排的垂直面上不在远离汇流排的垂直面上4.5-7不同物理区的单元类型设置不同物理区的单元类型设置 (用收缩选项画单元用收缩选项画单元: Utilityplotctrlsstylesize&shape)标量单元标量单元solid96.Inter115 在在MVP 与与标量单元之间标量单元之间汇流排外边空气汇流排外边空气MVP 单元不显示单元不显示Infin47单元在标单元在标量单元的

5、外表面量单元的外表面4.5-8 利用利用ANGLE组件，组件， 用用solid69单元类型进行电流传导分析来计算单元类型进行电流传导分析来计算汇流排的电流分布汇流排的电流分布 受载汇流排为受载汇流排为solid97单元类型单元类型. 必须把单元类型转换为必须把单元类型转换为solid69以进行以进行电流传导分析电流传导分析Preprocelement typeadd/edit/delete单元类型单元类型6 选择选择 ADD电流方向电流方向4.5-9 选择选择OK 用热电用热电8节点砖型单元代替节点砖型单元代替6号单元类型号单元类型 选择选择 OK solid69单元类型具有单元类型具有 VO

6、LT自由度，其分析结果包含用于后续磁分自由度，其分析结果包含用于后续磁分析的电流密度析的电流密度.4.5-10 对电流传导分析加边界条件对电流传导分析加边界条件 有电流的端部节点必须加有电流的端部节点必须加 VOLT自由度耦合自由度耦合 选择选择ANGLE组件的节点组件的节点 Preproccouple/ceqncouple dof 利用柜利用柜 BOX选项选择角端节点选项选择角端节点 选择选择 OK 选择选择 OK4.5-11在一个关键点上施加电流在一个关键点上施加电流Preprocloadsapply-electric-excitationon keypoints选择转角处的任意一个节点位

7、置，其也对应选择转角处的任意一个节点位置，其也对应于一个关键点于一个关键点 选择选择 OK4.5-12在汇流排另一端的端面加在汇流排另一端的端面加VOLT约束约束Preprocloadsapply-electric-boundary选择汇流排末端端面选择汇流排末端端面选择选择 OK 选择选择 OK4.5-13 进行电流传导分析进行电流传导分析 Solunew analysis STATIC 选择选择OK(同时图示单元和节点，以确保同时图示单元和节点，以确保只激活了只激活了ANGLE 组件）组件）Solucurrent LS（因只有一部分模型进行模拟，将（因只有一部分模型进行模拟，将显示警告显示

8、警告(warnings）信息）信息） 选择选择 OKVOLT 约束约束4.5-14图示图示VOLT 自由度等值图自由度等值图Postprocplot resultsnodal solution 选择选择 OK4.5-15利用单元表能显示电流密度结果，先要定义单元表利用单元表能显示电流密度结果，先要定义单元表Postprocelement tabledefine table 选择选择 OK4.5-16 利用平均选项能图示总电流密度利用平均选项能图示总电流密度JSSUM Postprocelement tableplot elem table 选择选择 OK4.5-17 电流密度也能以矢量图显示电

9、流密度也能以矢量图显示Postprocplot results-vector plot-predefined控制箭头长度系数控制箭头长度系数电流传导电流传导分析求得分析求得的电流的电流 选择选择 OK4.5-18 汇流排电流密度矢量图汇流排电流密度矢量图4.5-19电流传导分析得到的电流密度作为磁场分析的输入电流传导分析得到的电流密度作为磁场分析的输入条件条件6号单元类型必须重新设置为号单元类型必须重新设置为solid97 Preprocelement typeaddeditdelete选择第选择第6条目条目选择选择ADD输入输入 6 选择选择 OK4.5-20从电流传导分析结果中读取电流密度

10、从电流传导分析结果中读取电流密度Preprocloadsapplyexcitationfrom elec an(显示单元以确保激活了显示单元以确保激活了ANGLE 组件组件)在缺省情况下，在缺省情况下， 电流传电流传导分析的结果保存在导分析的结果保存在file.rst文件中文件中上述分析只有一种结果，缺上述分析只有一种结果，缺省即读入此正确结果省即读入此正确结果4.5-21 利用利用symbols选项确认电流密度选项确认电流密度 Utilityplotctrlssymbol 选择选择 OK非平均值非平均值JS4.5-22剩下的磁边界条件为：在剩下的磁边界条件为：在X-Y平面平面 (Z=0)为通

11、量垂直为通量垂直 标量标量-solid96: MAG需要约束需要约束 矢量矢量-solid97: AZ (垂直垂直 于于X-Y)需要约束需要约束选择选择 Z=0的在的在X-Y面内的所有平面面内的所有平面Z=0平面平面4.5-23 约束标量以模拟通量垂直条件约束标量以模拟通量垂直条件 Preprocloadsapplyboundary-scalar potent-flux normal-on areas 选择相应于选择相应于solid96单单元类型的平面元类型的平面(标量标量) 选择选择 OK4.5-24 约束矢量约束矢量MVP以模拟通量垂直以模拟通量垂直Preprocloadsapplybou

12、ndary-vector potent-flux normal-on areas 选择相应于选择相应于solid97单单元类型的平面元类型的平面（点（点划线划线内的平面）内的平面） 选择选择 OK4.5-25 选择模拟类型选择模拟类型Solunew analysis STATIC 选择选择 OK 选择求解器选择求解器Soluanalysis options 选择选择 OK 激活整个模型激活整个模型 开始模拟开始模拟 Solucurrent LS 选择选择 OK4.5-26 利用单元数据能获得导体上的侧向力利用单元数据能获得导体上的侧向力 选择选择ANGLE组件组件 Postprocelemen

13、t tabledefine table (for the Z Lorentz force) 选择选择OK 计算总侧向力计算总侧向力Postprocelement tablesum of each item 选择选择 OK单位单位: N4.5-27显示力显示力:Postprocelement tableplot elem table 选择选择 OK 重复显示重复显示 FMAGX, FMAGY, & FMAGSUM4.5-28 利用单元表贮存的数据，也可以确定汇流排上的功率损失（单位利用单元表贮存的数据，也可以确定汇流排上的功率损失（单位体积焦耳热）体积焦耳热）Postprocelem tabledefine table 选择选择 OK4.5-29 显示显示Joule 热热 Postprocelement table plot elem table 选择选择 OK4.5-30计算功率损失（瓦），焦耳计算功率损失（瓦），焦耳热必须乘以每个单元的体积。热必须乘以每个单元的体积。利用单元表项定义单元体积利用单元表项定义单元体积Postproce