《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 4-4 三维电磁模拟

ANSYS第四章第4节三维电磁模拟

第四章 第4节 三维电磁模拟

ANSYS在交变场中的三维杆导体问题描述1/8对称外园导体是电流供电块导体内杆是导磁/导电体分析顺序文一施加边界条件执行求解·后处理·计算功率损失观察径向功率分布4.4-2

4.4-2 在交变场中的三维杆导体 • 问题描述 – 1/8 对称 – 外园导体是电流供电块导体 – 内杆是导磁/导电体 • 分析顺序 – 施加边界条件 – 执行求解 – 后处理 • 计算功率损失 • 观察径向功率分布

ANSYS物理区域一外导体外导体·M,=1·P=.1714E-7Q-m内导体M=50.p=1E-72Q-m空气自由空间：P=1励磁：10,000A（峰值）1,000Hz内导体对称平面X-Y平面一通量垂直25X-Z平面一通量平行-Y-Z平面一通量平行单位：mm4.4-3

4.4 - 3 • 物理区域 – 外导体 • μr = 1 • ρ=.1714E -7 Ω - m – 内导体 • μr = 50 • ρ=1 E-7 Ω - m – 空气• 自由空间: μ r = 1 • 励磁: 10,000 A (峰值) 1,000 Hz • 对称平面 – X-Y平面 —通量垂直 – X - Z平面 —通量平行 – Y - Z平面 —通量平行 单位: mm 外导体 内导体

ANSYS在命令窗口输入ac3d建模模型信息一单元类型：边单元solid117·导体-AZ,VOLT自由度·空气-AZ自由度一励磁导体：导体要建模·总电流加到截面的一个节点上一单元组件：·内导体：BAR·外导体：ELEMENT4.4-4

4.4-4 • 在命令窗口输入ac3d建模 • 模型信息 – 单元类型: 边单元solid117 • 导体- AZ,VOLT自由度 • 空气-AZ 自由度 – 励磁导体：导体要建模 • 总电流加到截面的一个节点上 – 单元组件: • 内导体: BAR • 外导体: ELEMENT

ANSYS靠近杆BAR外半径处要加密网格，以满足集肤效应的计算要求（集肤厚度BAR的边界（可）上要有两个单元）224=（元μf)-1/2(m)式中μ=磁导体=ro=50*1.256E-6G=电导率=1/pp=电阻率（Ohm-m）=1E-7f=场频率(Hz)=10008=.77mm4.4-5

4.4-5 • 靠近杆BAR外半径处要加密网格，以 满足集肤效应的计算要求（集肤厚度 (δ)上要有两个单元） BAR的边界 δ = (π μ σ f) -1/2 (m) 式中 μ = 磁导体= μr μ0 =50*1.256E-6 σ = 电导率 = 1 / ρ ρ = 电阻率 (Ohm-m) =1E-7 f = 场频率(Hz)=1000 δ = .77 mm

ANSYS外导体的内半径由于集肤效应，外导体内半径也要网格细化 = (元 μ f) -1/2(m)式中μ=磁导率=μro=1.256E-6G=电导率=1/p=5.83E-8f=场频率（Hz)=10008-2.1mm4.4-6

4.4-6 外导体的内半径 • 由于集肤效应，外导体内半径 也要网格细化 δ = (π μ σ f) -1/2 (m) 式中 μ = 磁导率 = μr μ0 =1.256E-6 σ = 电导率= 1 /ρ = 5.83E-8 f = 场频率 (Hz)=1000 δ=2.1 mm

ANSYS在内导体对称平面加VOLT约束施加VOLT约束Solu>apply>-electric-boundary>onareas[DAApplyTime-Integrated Potential <uoLT)onAreasUALUEUalue of potential (uoLr)选择OK选择内杆对称端面平面4.4-7

4.4-7 • 在内导体对称平面加VOLT 约束 • 施加 VOLT约束 Solu>apply>-electric-boundary>on areas 选择内杆对 称端面平面 • 选择 OK

ANSYS对于外导体对称平面：外导体施加10,000安（峰值）1,000Hz电流在一个对称平面上施加VOLT耦合在耦合端的一个节点上施加电流值在另一个对称面的全部节点上施加VOLT约束（只对于导体节点）4.4-8

4.4-8 • 对于外导体对称平面: – 在一个对称平面上施加 VOLT 耦合 – 在耦合端的一个节点上施加 电流值 – 在另一个对称面的全部节点 上施加VOLT约束（只对于 导体节点） 外导体施加10,000 安(峰值）1,000 Hz电流

ANSYS在对称平面上加电压（VOLT）耦合选择外导体对称平面上节点建立耦合Preproc>couplin/ceqn>couple dof>PickAll确保号码不重复ICP1Define Set of Coupled DoFs外导体 Y-Z对NSETSet reference nunber称面节点LabDegree-of-freedon labelUOLT·选择OK4.4-9

4.4-9 • 在对称平面上加电压（VOLT）耦合 – 选择外导体对称平面上节点 – 建立耦合 Preproc>couplin/ceqn>couple dof> Pick All 确保号码不重复 • 选择 OK 外导体 Y-Z对 称面节点

ANSYS利用节点图，在一个关键点上加电流值Preproc>loads>apply>-electric-excitation>impressed currents-onkeypoints［FK]ApplyImpressed Current<AMPs)KeypointsonUALUEReal part of impr.curr10000UALUE2Inag part of impr.curr选择OK已加电流标志选择任意一个角节点-它对应于一个关键点4.4-10

4.4-10 • 利用节点图，在一个关键点上加电流值 • Preproc>loads>apply>-electric-excitation>impressed currents-on keypoints • 选择 OK 选择任意一个角节点-它 对应于一个关键点 已加电流标志