《电动力学》课程PPT教学课件（电磁场有限元分析）第四章 三维电磁场分析 4-1 三维电磁模拟

ANSYS第四章第1节三维电磁模拟

第四章 第1节 三维电磁模拟

ANSYS模拟三维（3D）在很多情况下，电磁场分析要以三维（3D）方式进行模拟一没有完全轴对称的模型靠近孔的饱和区衔铁上的通气孔非轴对称线圈区域周期性截面定子4.1-2

4.1-2 三维（3D）模拟 • 在很多情况下，电磁场分析要以三维（3D）方式进行模拟 – 没有完全轴对称的模型 衔铁上的通气孔 定子 周期性截面 线圈区域 靠近孔的饱和区 非轴对称

ANSYS模拟三维（3D）除乙轴方向外，模型还有其他方向的电流不同电流方向的多个汇流排4.1-3

4.1-3 三维（3D）模拟 – 除Z轴方向外，模型还有其他方向的电流 不同电流方向的 多个汇流排

ANSYS模拟三维（3D）福具有平面和轴对称组合部件的模型衔铁外形复杂具有确切外形的衔接平面型定子和廉价选片定子的致动器线圈区域4.1-4

4.1-4 三维（3D）模拟 – 具有平面和轴对称组合部件的模型 衔铁外形复杂 平面型定子 具有确切外形的衔接 和廉价迭片定子的致 动器 线圈区域

ANSYS模拟三维(3D)轴向非均匀的模型定子定子、永磁体和转子具有不同轴10极永磁电机向长度建立了2极模型转子永磁体4.1-5

4.1-5 三维（3D）模拟 – 轴向非均匀的模型 10极永磁电机， 建立了2极模型 定子、永磁体和 转子具有不同轴 向长度 永磁体 转子 定子

ANSYS正如二维（2D）模拟一样，三维模拟功能也包括静态、交流和瞬态分析缺省的线性材料为各向同性（只赋予MURX值）三维（3D）材料选项包括对于所有三个方向的正交各向异性选项MURn和RSVn（n表示X、Y、Z三个方向）BH磁化曲线能用于磁导率正交各向异性的任一个方向，其余方向为常数在某正交各向异性方向应用BH曲线时，该方向的MURn应设置为零（只在正交各向异性材料中要求如此）三维单元包括远场边界单元与二维模拟相同，也支持复杂组合的物理区域一交流分析的绞线导体与块导体电压与电流供电一复杂铁磁区域4.1-6

4.1-6 • 正如二维（2D）模拟一样，三维模拟功能也包括静态、交流和瞬态分 析 • 缺省的线性材料为各向同性（只赋予MURX值） • 三维（3D）材料选项包括对于所有三个方向的正交各向异性选项 MURn 和RSVn（n表示X、Y、Z三个方向） – BH磁化曲线能用于磁导率正交各向异性的任一个方向，其余方向 为常数 – 在某正交各向异性方向应用BH曲线时，该方向的MURn应设置为 零（只在正交各向异性材料中要求如此） • 三维单元包括远场边界单元 • 与二维模拟相同，也支持复杂组合的物理区域 – 交流分析的绞线导体与块导体 – 电压与电流供电 – 复杂铁磁区域

ANSYS具有模拟三维模型运动的功能周期性边界条件改变线圈电流不相同网格执行动画文件：mach3d.avi观察转子转动画10极永磁电机，输入正弦电流4.1-7

4.1-7 • 具有模拟三维模型运动的功能 – 周期性边界条件 – 改变线圈电流 – 不相同网格 • 执行动画文件: mach3d.avi观察转子转动画 10极永磁电机，输 入正弦电流

ANSYS三维模拟使用多种单元列式单元列式直接影响到模拟的各个方面施加通量垂直和平行边界条件一。何为自然边界条件？·何为自由度约束？BH数据对收敛敏感性的影响·-B2曲线与μ-H曲线模拟激励的方法（绞线圈）可在模型中包含铁磁区模型中的铁磁-空气界面后处理·通量计算（电动势（EMF）计算的起始点）“磁力线”显示4.1-8

4.1-8 • 单元列式直接影响到模拟的各个方面 – 施加通量垂直和平行边界条件 • 何为自然边界条件？ • 何为自由度约束？ – BH数据对收敛敏感性的影响 • ν - B2 曲线与μ - H 曲线 – 模拟激励的方法（绞线圈） – 可在模型中包含铁磁区 – 模型中的铁磁-空气界面 – 后处理 • 通量计算（电动势（EMF）计算的起始点） • “磁力线”显示 • 三维模拟使用多种单元列式

ΛNSYS三维（3D）模拟功能包括三种单元列式类型标量势单元列式（静态1）[SOLID96]简化标势法（RSP)用于没有线圈的铁-空气界面模型差分标势法（DSP）用于具有单通量路径的铁-空气界面模型通用标势法（GSP）用于具有多通量路径的铁-空气界面模型单元边列式（静态、交流、瞬态）[SOLID117]·包含任意铁磁区域·周期对称模型必须为全模型-不能有耦合磁矢量势（MVP）列式（静态、交流、瞬态）[SOLID97]·无铁磁区域（1）如果模型中还有矢量势和界面单元INTER115，标量法能用于交流和瞬态模拟4.1-9

4.1-9 – 三维（3D）模拟功能包括三种单元列式类型 – 标量势单元列式（静态1 ）[SOLID96] • 简化标势法(RSP)用于没有线圈的铁-空气界面模型 • 差分标势法(DSP)用于具有单通量路径的铁-空气界面模型 • 通用标势法(GSP)用于具有多通量路径的铁-空气界面模型 – 单元边列式（静态、交流、瞬态) [SOLID117] • 包含任意铁磁区域 • 周期对称模型必须为全模型-不能有耦合 – 磁矢量势 (MVP) 列式（静态、交流、瞬态） [SOLID97] • 无铁磁区域 ( 1 ) 如果模型中还有矢量势和界面单元INTER115，标量法能用于交流和瞬态模拟

ANSYS标量势单元列式一自由度：MAG一通量垂直边界条件：·MAG自由度必须被约束或耦合通量平行边界条件：·这是自然边界条件，不要求施加。这种边界条件施加到模型边界上，不采用约束或耦合。有相应的菜单来施加标量法的通量平行条件，但只是一个注意项而已，无须使用。一分析中BH曲线的使用必须检查μ-H曲线，保证其是“光滑”的4.1-10

4.1-10 • 标量势单元列式 – 自由度: MAG – 通量垂直边界条件： • MAG 自由度必须被约束或耦合 – 通量平行边界条件： • 这是自然边界条件，不要求施加。这种边界条件施加到模型 边界上，不采用约束或耦合。有相应的菜单来施加标量法的 通量平行条件，但只是一个注意项而已，无须使用。 – 分析中BH曲线的使用 • 必须检查μ-H 曲线，保证其是“光滑”的