电磁场分析简介

1、引入ANSYS电磁场分析软件、电磁场分析和有限元方法，对于电磁场问题，可以转化为微分方程的定解问题，也可以归结为变分问题，即寻找静电场能量极值的问题。有限元法是一种基于变分原理并吸收差分格式思想求解微分方程的系统数值计算方法。它使用离散元素来近似静电场的能量作为有限节点电势的函数。这样，求解静电场能量的极值问题就转化为多元函数的极值问题，即静电场的有限元计算最终归结为求解大型稀疏有限元方程。有限元法的基本思想是将连续结构离散化为有限元，在每个单元中设置有限节点，将连续体视为仅在节点处连接的一组单元的集合，选择场函数的节点值作为基本未知数，在每个单元中假设近似插值函数来表示单元中场函数的分布规律

2、， 然后利用力学中的一些变分原理建立求解未知节点的有限元方法方程，这样在连续域中，一旦求解，就可以利用从解中得到的节点值和设定的插值函数来确定单元上甚至整个集合上的场函数。有限元分析过程、工程问题、预处理、求解、后处理、有限元程序合理、不合理、不合理。在Ansys/Emag或Ansys/Multiphysics中，Ansys程序的电磁能力可用于分析电磁场的许多问题，如电感、电容、阻抗、磁通密度、磁场强度、漏磁、涡流、电场分布和磁力线等。它可用于分析下列设备：发电机、变压器、螺线管电机、磁成像系统、回旋加速器、磁悬浮装置、图像显示装置、磁带和磁盘驱动器、波导谐振腔、开关天线辐射滤波器、等离子体装

3、置、电解槽。从麦克斯韦磁场方程出发，推导出Ansys电磁场分析的有限元公式。通过在麦克斯韦方程中引入标量势或边界通量来考虑它们的电磁特性，可以发展出适用于有限元分析的方程。利用ANSYS的一些特性，用户可以很容易地选择MKS、CGS或其他单元作为电磁场分析的单元系统。作为标准锋面解算器的替代，PCG、ICCG和JCG迭代解算器非常适合于求解电磁场问题，因为它们为潜在场问题提供了快速解决方案。使用二维和三维无限边界元素，不需要在电磁设备周围建立无限介质的大模型，因此可以使用更小的模型，并且减少对计算机资源的需求。Ansys的一些特性(续1)，ANSYS提供了丰富的线性和非线性材料的表达式，包括各

4、向同性或正交各向异性线性磁导率、材料的B-H曲线和永磁体的退磁曲线。后处理功能允许用户显示磁力线、磁通量密度和磁场强度，并计算力、扭矩、源输入能量、电感、端电压和其他参数。ANSYS的一些特性(续2)，ANSYS的电场分析功能可以用来研究电场的三个方面：电流传导、静电分析和电路分析。感兴趣的物理量包括电流密度、电场强度、电势分布、电通量密度、传导产生的焦耳热、能量存储、力、电容、电流和电势降等。主要优点之一是耦合场分析功能。磁场分析的耦合场负载可以自动耦合到结构、流体和热单元。此外，当分析电路耦合设备的电磁场时，电路可以直接耦合到导体或电源，并且还考虑了运动的影响。1，电磁场分析中要计算的量，

5、磁通密度，磁场强度，磁矩阻抗，电感涡流，能量损耗，漏磁，S参数品质因数，反射波损耗特性频率，2，电磁场的来源，电流，外磁场，永磁体，3，何时使用二维分析？二维平面分析：忽略终端效应模型，X-Y平面中的当前方向仅遵循X-Y平面的法线方向(Z方向)。二维轴对称分析：当模型位于X-Y平面时，电流方向只遵循X-Y平面的法线方向(周向Z方向)，磁场只在X-Y平面有分量。要计算的设备不具有对称性，并且在一个方向上流动的电流可以描述不能通过二维分析实现的计算。5.自由度，有限元计算中的主要自由度是磁势或磁通量，而其他磁场都是由这些主要自由度给出的。具体问题中的自由度可以是磁矢势、磁标量势和磁通量，应根据选定

6、的细胞类型和细胞选项进行选择。6.ANSYS磁场分析类型，二维静态磁场分析，DC或永磁体产生的磁场分析，矢量位势法。二维谐波磁场分析，利用矢量电位法分析低频交流电流或交流电压产生的磁场。二维瞬态磁场分析，利用矢量位势法分析随时间任意变化的电流或外部磁场产生的磁场。Ansys磁场分析类型(续1)、三维静态磁场分析、DC或永磁体产生的磁场分析、标准电位法。三维静态磁场分析，利用基于细胞边缘的方法，分析直流或永磁体产生的磁场。三维谐波磁场分析，分析低频交流电流产生的磁场，采用基于细胞边缘的方法。该方法适用于大多数谐波磁场的分析。Ansys磁场分析的类型(续2)，三维瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的

7、电流或外部磁场产生的磁场，采用基于元素边缘的方法。该方法适用于大多数瞬态磁场分析。三维静态磁场分析，基于节点，采用矢量位势法。三维谐波磁场分析，基于节点，采用矢量位势法。三维瞬态磁场分析，基于节点，采用矢量位势法。7.什么是磁标量位势法？该方法可以将电流源建模为“基元”而不是单位，因此电流源可能不是有限元的一部分，而只考虑它们对相应位置磁场的贡献。它不受模型其他部分的限制，更容易构建模型。根据标量位势法的特点，可以使用砖(六面体)、冠、棱锥和四面体单元。电流源使用“图元”(原始实体)来定义可用的节点耦合和约束方程，这些方程可以包含永磁体并允许线性和非线性磁导率。8.什么是磁矢势法？是基于节点的方法之一(标量位势方法是另一种节点方法)，矢量位势方法中的节点自由度比标量位势方法多：AX、AY和AZ，即x、y和z方向上的磁矢量位势。在负载电压或电路耦合的分析中，可以引入另外三个自由度：电流、电动势和电压。矢量位势法必须用于二维磁分析，其主要自由度只有AZ。在矢量位势法中，电流源(导电区)应该是整个有限元模型的一部分。因为它的节点有更多的自由度，所以它的运