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1、1-1第一章第一章教程综述教程综述第1页/共427页1-2ANSYS/EMAG能用于模拟工业电磁能用于模拟工业电磁装置装置电磁装置当然是电磁装置当然是3维，但可简化维，但可简化 为为2维模型维模型。模拟可考虑为：模拟可考虑为：稳态稳态交流（谐波）交流（谐波）时变瞬态时变瞬态阶跃电压阶跃电压PWM(脉宽调制）脉宽调制）（Pulse Width Modulation)任意任意第2页/共427页1-3利用轴对称衔铁和平面定子设利用轴对称衔铁和平面定子设计致动器的一个实例计致动器的一个实例衔铁旋转衔铁旋转衔铁气隙可变化衔铁气隙可变化完整模型由完整模型由2个独立部件组成个独立部件组成衔铁模块衔铁模块定子
2、模块定子模块执行执行:solen3d.avi看动画看动画第3页/共427页1-4模拟过程概述利用如下方式观察装置利用如下方式观察装置2D与与3D平面与轴对称平面与轴对称利用轴对称平面简化模型利用轴对称平面简化模型定义物理区域定义物理区域空气，铁，永磁体等等空气，铁，永磁体等等绞线圈，块导体绞线圈，块导体短路，开路短路，开路为每个物理区定义材料为每个物理区定义材料导磁率（常数或非线性）导磁率（常数或非线性）电阻率电阻率矫顽磁力，剩余磁感应矫顽磁力，剩余磁感应衔铁衔铁线圈线圈锭子锭子实体模型实体模型第4页/共427页1-5建实体模型建实体模型给模型赋予属性以模拟物理区给模型赋予属性以模拟物理区赋予
3、边界条件赋予边界条件线圈激励线圈激励外部边界外部边界开放边界开放边界实体模型划分网格实体模型划分网格加补充约束条件（如果有必要）加补充约束条件（如果有必要）周期性边界条件周期性边界条件连接不同网格连接不同网格有限元网格有限元网格第5页/共427页1-6进行模拟进行模拟观察结果观察结果某指定时刻某指定时刻整个时间历程整个时间历程后处理后处理磁力线磁力线力力力矩力矩损耗损耗MMF（磁动势）磁动势）电感电感特定需要特定需要第6页/共427页1-7模拟由模拟由3个区域组成个区域组成衔铁区衔铁区:导磁材料导磁材料 导磁率为常导磁率为常数（即线性材料）数（即线性材料）线圈区线圈区:线圈可视为均匀材料线圈可
4、视为均匀材料.空气区空气区:自由空间自由空间(r=1).衔铁衔铁线圈线圈第7页/共427页1-8性质性质柱体柱体:r =1000线圈线圈:r =1 匝数匝数:2000 (整个线圈整个线圈)空气空气:r =1激励激励线圈励磁为直流电流线圈励磁为直流电流:2 安安培培单位单位(mm)衔铁衔铁Coil长度长度=35YX模型模型 轴对称轴对称材料号材料号 2材料号材料号3第8页/共427页1-9建模设置电磁学预选项（过滤器）对各物理区定义单元类型定义材料性质对每个物理区定义实体模型铁芯线圈空气给各物理区赋材料属性加边界条件第9页/共427页1-10设置预选过滤掉其它应用的菜单设置预选过滤掉其它应用的菜
5、单Main menupreferences选择选择OK第10页/共427页1-11定义所有物理区的单元类型为定义所有物理区的单元类型为 PLANE53PreprocessorElement typeAdd/Edit/Delete选择选择 Add选择磁矢量和选择磁矢量和8节点节点53号单元号单元选择选择 OK第11页/共427页1-12模拟模型的轴对称形状模拟模型的轴对称形状选择选择Options（选项）选项）Element behavior（单元行为）单元行为）选择选择 Axisymmetric（轴对称）轴对称）选择选择OK第12页/共427页1-13定义材料定义材料PreprocessorM
6、aterial PropsIsotropic 定义空气为定义空气为1 1号材料号材料(MURX=1)选择选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）自动循环地定义下一个材料号）选择选择OK第13页/共427页1-14定义衔铁为定义衔铁为2号材料号材料选择选择OK选择选择 Apply(自动循环地选择下一个材料号）自动循环地选择下一个材料号）第14页/共427页1-15定义线圈为定义线圈为3号材料号材料(自由空间导磁率，自由空间导磁率，MURX=1)选择选择 OK选择选择 OK (退出材料数据输入菜单）退出材料数据输入菜单）第15页/共427页1-16建立衔铁面建立衔铁面Preprocesso
7、rCreateRectangleBy Dimensions选择选择Apply (重复显示和输入重复显示和输入)建立线圈面建立线圈面选择选择 Apply利用利用TAB 键移动输入键移动输入窗口窗口第16页/共427页1-17建立空气面建立空气面选择选择 OK到了这步，建立了全部平到了这步，建立了全部平面，但它们还没有连接起面，但它们还没有连接起来来.衔铁衔铁线圈线圈第17页/共427页1-18用用Overlap迫使全部平面连接在一起迫使全部平面连接在一起PreprocessorOperate OverlapAreas按按Pick All现在这些平面被连接了，因此当现在这些平面被连接了，因此当生成
8、单元时，各区域将共享区域生成单元时，各区域将共享区域边界上节点边界上节点这种操作后，原先平面被删除，这种操作后，原先平面被删除，而新的平面被重新编号而新的平面被重新编号第18页/共427页1-19这些平面要求与物理区和材料联系起来这些平面要求与物理区和材料联系起来Preprocessor-Attributes-DefinePicked Areas用鼠标点取衔铁平面用鼠标点取衔铁平面选择选择OK(在选取框内）在选取框内）材料号窗口输入材料号窗口输入2选择选择 OK对于没有明确定义属性的对于没有明确定义属性的面，其属性缺省为面，其属性缺省为1第19页/共427页1-20这些平面要求与物理区和材料联
9、系起来这些平面要求与物理区和材料联系起来Preprocessor-Attributes-DefinePicked Areas选取线圈平面选取线圈平面（在选择对话框里）点取（在选择对话框里）点取OK 材料号窗口输入材料号窗口输入3点点 OK第20页/共427页1-21加通量平行边界条件加通量平行边界条件Preprocessorloadsapply-magnetic-boundary-flux-parl 选选On Lines并选取相应的线并选取相应的线选选 OK“所选取的线所选取的线”“所选取的线所选取的线”注：未划分单元前，加注：未划分单元前，加上这种边界条件上这种边界条件第21页/共427页1
10、-22生成有限元网格生成有限元网格利用智能尺寸选项来控制网格大小利用智能尺寸选项来控制网格大小Preprocessor-Meshing-Size Cntrls-smartsize-basic选择选择OK第22页/共427页1-23Preproc-Meshing-Mesh-Areas-Free在选取框内选择在选取框内选择ALL选择选择OK打开绘制单元的材料属性打开绘制单元的材料属性UtilityPlotCtrlsNumbering选择选择 OK第23页/共427页1-24力边界条件标志需要单元部件，即一组具有力边界条件标志需要单元部件，即一组具有“名称名称”的单的单元元把衔铁定义为一个单元组件把
11、衔铁定义为一个单元组件选择衔铁平面选择衔铁平面Utilityselectentities用此选项在图形窗用此选项在图形窗口中选择平面口中选择平面再次选择用再次选择用APPLY一旦衔铁已选好，选择一旦衔铁已选好，选择OK (在选取框内）在选取框内）第24页/共427页1-25选择与已选平面相对应的单元选择与已选平面相对应的单元选择选择 OK 图示衔铁单元图示衔铁单元 Utilityplotelements衔铁单元衔铁单元用用“面面”第25页/共427页1-26使单元与衔铁组件联系起来使单元与衔铁组件联系起来UtilitySelectComp/AssemblyCreate Component选择选
12、择 OK第26页/共427页1-27加力边界条件标志加力边界条件标志 PreprocessorLoadsApply-Magnetic-FlagComp Force选择选择OK 施加两个标志，用两个不同的方法来计算力施加两个标志，用两个不同的方法来计算力Maxwells 应力张量应力张量虚功虚功即使只有一种选项，也要鼠即使只有一种选项，也要鼠标选取标选取第27页/共427页1-28以毫米单位生成的模型，最好把模型尺寸变换为国际单位制（变换系以毫米单位生成的模型，最好把模型尺寸变换为国际单位制（变换系数数=.001)使整个模型激活使整个模型激活 UtilitySelectEverything缩放平
13、面缩放平面-不用拷贝不用拷贝Preprocoperatescaleareas选择选择 OK第28页/共427页1-29给线圈平面施加电流密度给线圈平面施加电流密度选择线圈平面选择线圈平面UtilitySelectEntity选择选择OK (实体选择框实体选择框)选择线圈平面选择线圈平面选择选择 OK (选取框内选取框内)第29页/共427页1-30激励线圈要求电流密度，故要得到线圈截面积激励线圈要求电流密度，故要得到线圈截面积.PreprocessorOperateCalc Geometric ItemsOf Areas选择选择OK要用线圈面积来计算电流密度，将线圈面积赋予参数要用线圈面积来计
14、算电流密度，将线圈面积赋予参数CAREAUtilityParameterGet Scalar Data 选择选择 OK第30页/共427页1-31下面窗口输入面积的参数名，用于后面电流密度输入下面窗口输入面积的参数名，用于后面电流密度输入去掉面号（如果有的话）去掉面号（如果有的话）这相应于几何面积总和这相应于几何面积总和选择选择 OK第31页/共427页1-32把电流密度加到平面上把电流密度加到平面上PreprocessorLoadsApplyExcitationOn Areas(因为只激活了线圈平面，可在选取框内选择因为只激活了线圈平面，可在选取框内选择Pick All）选择选择 OK第32
15、页/共427页1-33进行计算进行计算Solu-solve-electromagnetOpt&Solve 选择选择OK这些适用于用这些适用于用BH 数据来进行的分析，本题将忽略数据来进行的分析，本题将忽略第33页/共427页1-34生成磁力线圈生成磁力线圈Postprocplot results2D flux lines选择选择 OK使用缺省设置，选择使用缺省设置，选择OK,（在通常情在通常情况下，可这样做）况下，可这样做）单元边缘围绕的一个红色输廓表示该单元边缘围绕的一个红色输廓表示该区域为同类材料号区域为同类材料号第34页/共427页1-35计算力计算力PostprocElec&Mag C
16、alcComp.Force选择选择 OK衔铁上力是在总体坐标衔铁上力是在总体坐标系下表示的，此力的方系下表示的，此力的方向为使气隙缩小向为使气隙缩小必须用鼠标选取必须用鼠标选取第35页/共427页1-36显示总磁通密度值显示总磁通密度值(BSUM)PostprocPlot ResultsNodal Solution 选择选择 OK第36页/共427页1-37第二章第二章第第2节节二维静磁学二维静磁学第37页/共427页1-38EMAG 模拟的概念模型边界条件有模型边界条件有:磁通量垂直磁通量垂直磁通量平行磁通量平行周期性对称周期性对称*偶对称偶对称奇对称奇对称根据单元方程式施加边界条件根据单元
17、方程式施加边界条件矢量矢量(2D 或或3D)标量标量(3D)基于单元边基于单元边(3D)*在第在第2章来讨论章来讨论简单励磁的平面模型简单励磁的平面模型AABB 线圈线圈(象征性的象征性的)铁芯铁芯空气空气第38页/共427页1-39在在2D静磁场、交流和瞬态分析中采用磁矢量势方法静磁场、交流和瞬态分析中采用磁矢量势方法(MVP)此公式称为此公式称为MVP，磁通量密度磁通量密度(B)等于矢量势等于矢量势(A)的旋度的旋度 B =Curl(A)对于二维情况，对于二维情况，A只有只有Z方向分量，在方向分量，在ANSYS中表示为中表示为“AZ”自由度自由度模型有二种边界条件描述模型有二种边界条件描述
18、-Dirichlet条件（条件（AZ约束）约束）:磁通量平行于模型边界磁通量平行于模型边界Neumann 条件（自然边界条件）条件（自然边界条件）:磁通量垂直于模型磁通量垂直于模型边界边界第39页/共427页1-40沿沿A-A 通量平行边界条件需满足：通量平行边界条件需满足：模型中模型中A-A 的左边和右边是相的左边和右边是相同的同的几何形状相同几何形状相同材料属性相同材料属性相同左边和右边励磁相位差左边和右边励磁相位差180度度（即方向相反）（即方向相反）对称平面边界条件对称平面边界条件沿沿A-A必须加约束必须加约束BB（1/2）对称模型）对称模型Pole FaceAAPreproc.loa
19、dsapplyboundaryflux parllines第40页/共427页1-41半对称模型与全模型比较：半对称模型与全模型比较：磁通量密度是相同的磁通量密度是相同的线圈上线圈上Lorentz 力是相同的力是相同的贮能为贮能为 1/2 极面上力为极面上力为 1/2加载电流密度与全模型相同加载电流密度与全模型相同 线圈线圈(象征性的象征性的)简单导磁体的半对称模型简单导磁体的半对称模型第41页/共427页1-42沿沿B-B磁通量垂直边条件需满足磁通量垂直边条件需满足B-B线上下两边如下参数是相同的线上下两边如下参数是相同的几何形状几何形状材料性质材料性质B-B线上下两边励磁相同线上下两边励磁
20、相同对称面对称面(B-B)边界条件边界条件2D磁矢量势磁矢量势(MVP)方式，无须处理方式，无须处理加载电流与全模型相同加载电流与全模型相同Quarter symmetry model of the simple magnetizerBB第42页/共427页1-431/4模型与全模型比较模型与全模型比较磁通密度分布相同磁通密度分布相同贮能为贮能为1/4所示线圈上的所示线圈上的Lorentz力力 1/2作用在极面上力为作用在极面上力为1/2励磁体励磁体1/4对称模型对称模型BB第43页/共427页1-44单元单元plane13 and plane53 用于模拟用于模拟2D磁场磁场Plane13:
21、4 节点四边形节点四边形耦合场自由度：温度，结构，耦合场自由度：温度，结构，磁磁电源为电源为Z方向方向B 为线性变化为线性变化适用于：适用于：Plane13变压器变压器汇流排汇流排传感器传感器线性或任意线性或任意永磁系统永磁系统螺线管磁体（致动器）螺线管磁体（致动器）直线或旋转电机直线或旋转电机负载机械负载机械机械力矩机械力矩第44页/共427页1-45plane53:8 节点，四边形节点，四边形耦合场自由度耦合场自由度:磁磁与电路单元耦合与电路单元耦合电流为电流为 Z 方向方向B 可为二次非线性变化可为二次非线性变化通常情况下的推荐使用单元通常情况下的推荐使用单元适用于精度要求较高的分析适用
22、于精度要求较高的分析场量分析场量分析大型机械力矩大型机械力矩中节点中节点第45页/共427页1-46定义定义Plane13的单元类型和单元选项的单元类型和单元选项Preprocelement type add/edit/delete选择选择ADD选择选择Plane13用单元类型号用单元类型号给平面赋属性给平面赋属性选择选择OK第46页/共427页1-47一旦定义单元类型，要选择单元一旦定义单元类型，要选择单元 选项选项单元选项控制单元选项控制:2D直流模拟为直流模拟为AZ自由度自由度2D 模拟型式模拟型式轴对称轴对称平面平面点取单元选项点取单元选项第47页/共427页1-48几何体型几何体型式
23、式用于直流模拟用于直流模拟选择选择 OK用于定义平面属性的参考号用于定义平面属性的参考号因为因为plane13 用于耦合场模拟，故该用于耦合场模拟，故该单元可以具有应力单元可以具有应力/应变结构选项应变结构选项第48页/共427页1-49 平面与轴对称比较平面与轴对称比较端部效应端部效应平面平面:不包括不包括轴对称轴对称:自动包括自动包括正向电流方向相反正向电流方向相反 线圈线圈两种情况都是施两种情况都是施加正向电流加正向电流铁板铁板磁流密度矢磁流密度矢量显示量显示铁环铁环轴对称轴对称:+Z 电流方向进平面电流方向进平面平面平面:+Z 电流方向出平面电流方向出平面第49页/共427页1-50磁
24、力线描述磁力线描述平面平面:AZ等值线等值线 轴对称轴对称:r AZ 等值线等值线电枢电枢线圈线圈定子定子平面或平面或 轴轴对称对称?平面或平面或 轴轴对称对称?第50页/共427页1-51力、能量、电感的描述力、能量、电感的描述平面平面:单位长度单位长度 轴对称轴对称:整个圆周上的值整个圆周上的值力力:轴对称轴对称:无有效径向力（相互平衡）无有效径向力（相互平衡）单位弧度力不为零（曲度线圈）单位弧度力不为零（曲度线圈）第51页/共427页1-52定义定义Plane53的单元类型和选项的单元类型和选项Preproc.element typeadd/edit/delete选择选择 Add选择选择
25、 8节点节点Plane53增加单元类型号以增加单元类型号以给平面赋属性给平面赋属性选择选择 OK第52页/共427页1-53定义单元类型后选择单定义单元类型后选择单元选项元选项单元选项控制单元选项控制:绞线圈电压加载选绞线圈电压加载选项项*连接电路单元与有连接电路单元与有限元区限元区*模拟运动体的自由模拟运动体的自由度度*包括交流分析包括交流分析plane53单元模拟运动导体示图单元模拟运动导体示图选择选择OK第53页/共427页1-54考虑速度效应时，要求增加输入信息考虑速度效应时，要求增加输入信息在实常数中定义。选择单元选项后，定义实常数是很方便在实常数中定义。选择单元选项后，定义实常数是
26、很方便的的Preprocreal constants.选择选择第54页/共427页1-55平面属性要求实平面属性要求实常数设置号常数设置号速度单位速度单位:米米/秒秒角速度单位角速度单位:弧度弧度/秒秒选择选择 OK平面属性要求赋予平面属性要求赋予单元类型号数单元类型号数第55页/共427页1-56第二章第二章 第第 3节节2-D静磁学静磁学第56页/共427页1-57求解模型的单位制求解模型的单位制:SI分析中使用的单位制为国际单位制:S I力力(牛顿）牛顿）能量能量(焦耳焦耳）功率（瓦）功率（瓦）长度（米）长度（米）时间（秒）时间（秒）质量（公斤）质量（公斤）磁通密度磁通密度B（特斯拉）（
27、特斯拉）磁场强度磁场强度H（安培（安培/米）米）电流（安培）电流（安培）电阻率电阻率（欧姆（欧姆-米）米）电压电压V（伏）（伏）电感电感L（亨）（亨）磁导率磁导率r(亨亨/米）米）电容（法拉）电容（法拉）第57页/共427页1-58基本关系式基本关系式:B=H,其中其中 =r 0 可为单一值（线性）可为单一值（线性）各相同性或正交各向异性各相同性或正交各向异性 Preprocmaterial propsisotropic平面属性要求赋予平面属性要求赋予材料质性号材料质性号r 相对磁导率相对磁导率第58页/共427页1-59可为非线性，以模拟饱和状态可为非线性，以模拟饱和状态 BH曲线数据能从曲
28、线数据能从ANSYS55材料库中获得材料库中获得缺省的缺省的BH材料库在材料库在ansys55 目录下的目录下的matlib子目录中子目录中:Preproc.material propsmaterial librarylibrary path通过指定路径可在其它位置得到材料数据通过指定路径可在其它位置得到材料数据第59页/共427页1-60BH 数据可用如下方式输入数据可用如下方式输入Preprocmaterial propsmaterial libraryimport library 选择材料选择材料选择材料属性选择材料属性选择选择 OK第60页/共427页1-61BH 数据生成图形和列表显
29、示数据生成图形和列表显示表示在列表表示在列表显示中的数显示中的数据点号据点号材料号材料号第61页/共427页1-62数据也可列成表格数据也可列成表格.这种表格也能人工制成这种表格也能人工制成Utilitylistpropertiesdata tables选择选择OK第62页/共427页1-63BH曲线输入指南数据点(0,0)不要输入定义曲线弯曲处的数据点要密（见M54的数据点）BH曲线要避免生成S形通常M钢定义BH数据到8,000 A/m数据需要外推这些曲线的值通常需要附加大量的数据以使得值由大逐渐变到最终斜率最终斜率为空气值(0)第63页/共427页1-64BH 数据输入应用实例应用实例:4
30、00系列不锈钢输入如下数据系列不锈钢输入如下数据 H(A/m)B(T)1575.1.10 2365.1.30 7875.1.50 15750.1.56 31500.1.63 47245.1.66 78740.1.70 第64页/共427页1-65首先定义数据表，然后把首先定义数据表，然后把BH数据输入数据表中数据输入数据表中Preproc material propsdata tablesdefine/activate平面属性要求赋予材料号平面属性要求赋予材料号选择选择OK第65页/共427页1-66利用编辑激活表格输入利用编辑激活表格输入BH数据数据 Preproc material pro
31、psdata tablesedit active输入数据后，用鼠标点取输入数据后，用鼠标点取 FileApply/Quit图示图示:Preprocmaterial propsdata tablesgraph 列表列表:Preprocmaterial propsdata tableslist第66页/共427页1-67实际求解需要用到实际求解需要用到 d/dB2 为避免粗劣的为避免粗劣的v=Yu 条件曲线，条件曲线，-B2 应该是单调的。应该是单调的。Utilityplotdata tablesgraph NU vs.B*2第67页/共427页1-68把该曲线数据放置在库内把该曲线数据放置在库内
32、，以备将来使用。，以备将来使用。Preproc.material propsmaterial libraryexport material选择文件名选择文件名选取生成的选取生成的BH 数据的材料属性数据的材料属性第68页/共427页1-69应用实例:轴对称直流致动器课题描述课题描述轴对称轴对称线圈为直流供电线圈为直流供电衔铁居中但悬空在定子衔铁居中但悬空在定子上方。上方。分析顺序分析顺序用用axis2d宏建模宏建模完成建模后，加边条件完成建模后，加边条件求解求解后处理后处理力力磁动势磁动势误差范数误差范数电流电流磁力线磁力线路径图示路径图示能量能量电感电感“气隙气隙”(mm)“线圈线圈”部件部
33、件“衔铁衔铁”部件部件材料材料号号5(同衔铁同衔铁)第69页/共427页1-70励磁励磁 直流施加到线圈直流施加到线圈:3 安培安培性质性质衔铁衔铁/定子定子:上述上述BH 曲线曲线线圈线圈:300 匝匝,26线径，线径，r=1空气空气:r =1 单位单位:毫米毫米(mm)第70页/共427页1-71对于大多数应用，通常指定电压，线圈电流是算出来的对于大多数应用，通常指定电压，线圈电流是算出来的.26线规直径线规直径(Dw)=0.404 mm (在在20摄氏度下摄氏度下)铜电阻率铜电阻率 ()=17.14 E-9 -m（在在20摄氏度下摄氏度下）匝数匝数(N)=300线圈中径为线圈中径为8 m
34、m(Rmid)均匀填充圆线圈的电阻为：均匀填充圆线圈的电阻为：R=16000 N Rmid/Dw2 对于静态分析，对于静态分析，12 V 电压相应的电流为电压相应的电流为2.98安，本分析采用安，本分析采用3安。安。第71页/共427页1-72参数化建模需要：参数化建模需要：参数参数GAP必须定义必须定义 在命令行输入在命令行输入 gap=.5 并回车并回车 点取点取OK选择分网密度选择分网密度Preprocsize cntrlbasic第72页/共427页1-73axis2s宏生成模型宏生成模型衔铁单元部件衔铁单元部件ARMATURE线圈面积参数线圈面积参数ACOND线圈单元部件线圈单元部件
35、 COIL 在在ANSYS命令窗口输入命令窗口输入axis2s并回车，以建立模型并回车，以建立模型第73页/共427页1-74材料号材料号 1为空气为空气完善边界条件完善边界条件通量平行边界条件通量平行边界条件Preprocloadsapplyboundary-flux par l-lines选择模型边界上的所有线选择模型边界上的所有线 第74页/共427页1-75如下方式定义材料号如下方式定义材料号 1（自由空间磁导率）（自由空间磁导率）Preprocmaterial propsisotropic选择选择OK选择选择OK第75页/共427页1-76给线圈平面加载线圈电流给线圈平面加载线圈电流
36、 Preprocloadsapply excitation-current density-areas选择线圈平面选择线圈平面 选择选择 OK第76页/共427页1-77给衔铁加力边界条件标志给衔铁加力边界条件标志 PreprocessorLoadsApply-Magnetic-FlagComp Force选择选择 OK用不同的方法计算力，故加载两种标志用不同的方法计算力，故加载两种标志Maxwell 应力张量应力张量虚功虚功 选择选择 ARMATURE第77页/共427页1-78选择所有几何和有限元实体选择所有几何和有限元实体进行模拟进行模拟Solutionelectromagneticop
37、t&solve选择选择 OK（采用缺省设置进行求解）采用缺省设置进行求解）请确认请确认第78页/共427页1-79磁力线磁力线Postprocplot results2D flux lines注意漏磁位置注意漏磁位置线圈区线圈区定子上角定子上角定子与衔铁交界位置定子与衔铁交界位置第79页/共427页1-80计算力计算力Postprocelec&mag轴对称模型只产生垂直方向力轴对称模型只产生垂直方向力定义单元表项定义单元表项 FVW_Y 虚功虚功Y方向力方向力 FMX_Y Maxwell应力应力Y方向力方向力环状模型力总和环状模型力总和选择选择 OK第80页/共427页1-81用与衔铁邻接的空
38、气单元来计算衔铁力，并显示用与衔铁邻接的空气单元来计算衔铁力，并显示首先选择空气单元首先选择空气单元1)首先选择空气单元首先选择空气单元-材料属性为材料属性为1 选择选择 Apply2)用用 Num/Pick从中选取邻从中选取邻近衔铁面空气单元近衔铁面空气单元用框选取用框选取第81页/共427页1-82虚功方法计算垂直力并用等值图显示虚功方法计算垂直力并用等值图显示 Postprocplot resultselem table在气隙中选取在气隙中选取空气单元空气单元选择选择OK第82页/共427页1-83用路径图示选项用路径图示选项(PATH)能获得沿衔铁面的力的分布图能获得沿衔铁面的力的分布
39、图必须定义路径必须定义路径 Postprocpath operationsdefine pathby nodes点取节点点取节点 2给一个任意的名字给一个任意的名字增加沿路径的数据采样点的数量增加沿路径的数据采样点的数量点取节点点取节点 1选择选择 OK第83页/共427页1-84路径定义信息如下路径定义信息如下路径内的结果插值是在总体坐标系下（与柱坐标系或其它局部坐标路径内的结果插值是在总体坐标系下（与柱坐标系或其它局部坐标系相比）系相比）路径由直线组成路径由直线组成第84页/共427页1-85单元表项单元表项FVW_Y 中的力必须插值到路径上中的力必须插值到路径上 Postprocpath
40、 operationsmap onto path 任意名任意名 选择选择 选择选择OK第85页/共427页1-86将将FVW_Y沿路径显示沿路径显示 Postprocpath operations-plot path items-on geometry路径图示迭加在几何体上路径图示迭加在几何体上已定义已定义将路径显示图缩放到一将路径显示图缩放到一个较好的程度个较好的程度选择选择 OK第86页/共427页1-87节点节点作用在衔铁上的垂直方向力的路径图示第87页/共427页1-88离路径节点节点离路径节点节点1的距离的距离 路径上的力路径上的力(F_Y)也能打印输出也能打印输出 Postproc
41、path operationslist path items选择选择OK第88页/共427页1-89线圈线圈Lorentz力（力（J x B）选择线圈区域并定义为一个部件。选择线圈区域并定义为一个部件。Utilityselectcomp/assemblyselect comp/assembly 选择线圈选择线圈 为为Lorentz 力定义单元表力定义单元表Postproelement tabledefine table选择选择 第89页/共427页1-90任意名任意名作用于整个圆环上的作用于整个圆环上的 X 方向的方向的Lorentz 力力选择选择 OK选择选择 Add第90页/共427页1-
42、91 线圈线圈X方向方向 Lorentz 力的等值图力的等值图 Postprocelement tableplot elem table选择选择 OK第91页/共427页1-92作用在线圈单元上的总力作用在线圈单元上的总力Postproelement tablesum of each item 该操作作用于全部激活单元上该操作作用于全部激活单元上 相当于相当于360圆周上圆周上的受力的受力 力单位为牛顿力单位为牛顿:N第92页/共427页1-93根据节点磁场值差异估计误差，且作为单元表数据贮存根据节点磁场值差异估计误差，且作为单元表数据贮存Postpromag&elec calc error
43、eval B_ERR 单位单位(T)H_ERR 单位单位(Amps/m)BN_ERR 和和HN_ERR 由最大值归一化由最大值归一化第93页/共427页1-94 BN_ERR 能用磁力线图进行等值显示能用磁力线图进行等值显示 图示图示 BN_ERR单元表项单元表项 Postproelement tableplot elem table 选择选择 OK 激活激活NOERASE 选择选择 Utilityplot cntrlserase options第94页/共427页1-95图示磁力线图示磁力线Postproplot results2D flux lines选择选择OK第95页/共427页1-9
44、6线性和非线性材料的共能计算线性和非线性材料的共能计算 Postproelec&mag calccoenergy选择选择OK第96页/共427页1-97也能计算贮能也能计算贮能Postprocelec&mag calcenergy注：铁的共能大约是贮能的注：铁的共能大约是贮能的8倍，表示铁的饱和效应所致倍，表示铁的饱和效应所致第97页/共427页1-98铁单元的磁导率能用等值图显示铁单元的磁导率能用等值图显示Postproelement table 选择选择ADDplane53单元在线帮单元在线帮助助 选择选择 OK 这是绝对磁导率这是绝对磁导率第98页/共427页1-99为了获得相对磁导率，
45、单元表应乘以为了获得相对磁导率，单元表应乘以MUZ系数系数将自由空间磁导率赋予参数将自由空间磁导率赋予参数:-7Postproelement tableadd items用已有名字用已有名字自由空间磁导率参数自由空间磁导率参数不需要第二个不需要第二个单元表项单元表项选择选择OK第99页/共427页1-100用等值图显示相对磁导率用等值图显示相对磁导率MUR Postproelement tableplot elem table注意饱和区注意饱和区选择选择t OK第100页/共427页1-101 沿闭合线计算磁动势沿闭合线计算磁动势 MMF 确保整个模型都被激活确保整个模型都被激活 必须定义围绕
46、线圈的路径必须定义围绕线圈的路径 Postproelec&mag calcdefine pathby nodes选取如图所示的选取如图所示的7个节点，个节点，可从任一节点开始可从任一节点开始路径的最终节点应与起路径的最终节点应与起始节点是同一个始节点是同一个跨越空气隙时，气隙两边的跨越空气隙时，气隙两边的铁边界上各选取一个节点铁边界上各选取一个节点第101页/共427页1-102完成路径定义完成路径定义由于铁与空气的界由于铁与空气的界面处面处H值不连续，故值不连续，故应增加采样点的数应增加采样点的数目目选择选择OK第102页/共427页1-103绕闭合回线计算绕闭合回线计算MMF Postpr
47、oelec&mag calcMMF 选择选择 OKMMF正负号由右手定则决定，路径的反时针方向与线圈电流的方向相反正负号由右手定则决定，路径的反时针方向与线圈电流的方向相反（对于轴对称模型，正电流方向为进行平面方向）（对于轴对称模型，正电流方向为进行平面方向）第103页/共427页1-104为了确定铁芯饱和程度，沿定子的中间部分定义一个路径并计为了确定铁芯饱和程度，沿定子的中间部分定义一个路径并计算算MMF选取节点选取节点 1选取节点选取节点2MMF=-384 A-t第104页/共427页1-105输入的总安匝数为900，铁芯的中间部位有384安匝，也就是空气隙中只有519安匝（忽略其余铁芯中
48、的磁动势）如果384安匝中的大部分都在空气隙中，磁力会有多大？对于本问题，电磁力至少会增加2倍。可用另一种方法显示这一点：将铁芯的磁导率设为1000，进行线性求解评述第105页/共427页1-106检查边界条件的正确与否非常重要检查边界条件的正确与否非常重要模型边界磁力线的检查模型边界磁力线的检查通量平行（用磁力线图检查）通量平行（用磁力线图检查）通量垂直（用磁力线图检查）通量垂直（用磁力线图检查）电流观察电流观察选择线圈组件选择线圈组件 Postproelec&mag calccurrent选择选择OK第106页/共427页1-107对于线性系统:Postproelec&mag calcTe
49、rminal par 对于非线性系统一两种理论选项割线定义增量定义简易割线计算利用共能(C)，L=2 Ci2，仿照电机计算更精确的方法:LMATRIX 宏 Solumagneticinductance见帮助文档中的说明和实例电感计算第107页/共427页1-108第二章第二章第第4节节二维静磁学二维静磁学第108页/共427页1-109永磁体线性永磁体线性永磁体感应曲线为线性感应曲线为线性可模拟大部分稀土磁体可模拟大部分稀土磁体计算需要有计算需要有“感应曲线感应曲线”要求两种材料性质要求两种材料性质相对磁导率相对磁导率 r各向同性各向同性正交各向异性正交各向异性矫顽磁力矫顽磁力 Hc 矢量值矢
50、量值利用单元坐标系定义材料性质利用单元坐标系定义材料性质缺省缺省:总体直角坐标系总体直角坐标系H(Amp/m)B(T)BrHc固有曲线固有曲线感应曲线感应曲线第二象限曲线图第二象限曲线图稀土磁体典型曲线稀土磁体典型曲线第109页/共427页1-110r 和和Hc 可以是随温度可以是随温度变化变化磁化方向磁化方向平行平行/垂直于磁体中垂直于磁体中心线心线相对于某中心点径向相对于某中心点径向/环向环向材料库中不提供材料库中不提供r 和和 Hc的缺省值。的缺省值。现代技术的进步使磁现代技术的进步使磁体性能不断提高体性能不断提高 年代年代第110页/共427页1-111相对于直线感应曲线的磁体只要求相