《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 4-3 三维电磁模拟

ANSYS第四章第3节三维电磁模拟

第四章 第3节 三维电磁模拟

ANSYS三维直流致动器实例-TEAM20标准检查程序问题描述衔铁1/4对称定子12.5线圈为电流供电线圈为绞型导体分析顺序施加边界条件8执行模拟后处理·计算力计算电感GAP=1.54SY63.5线圈5单位：mm124.3-2

4.3-2 三维直流致动器实例 - TEAM20标准检查程序 • 问题描述 – 1/4对称 – 线圈为电流供电 – 线圈为绞型导体 • 分析顺序 – 施加边界条件 – 执行模拟 – 后处理 • 计算力 • 计算电感 单位: mm 衔铁 线圈 定子

ANSYS物理区域定子M=500衔铁P=500线圈·自由空间：=1空气电流方向自由空间：=1励磁：3,000安匝平面对称-通量平行- Y-Z 平面- X-Z 平面原点4.3-3

4.3 - 3 • 物理区域 – 定子• μr = 500 – 衔铁• μr = 500 – 线圈• 自由空间: μ r = 1 – 空气• 自由空间 : μ r = 1 • 励磁: 3,000 安匝 • 平面对称-通量平行 – Y-Z 平面 – X-Z 平面 原点Z Y X 电流方向

ANSYS在命令窗口输入team20建模模型信息单元类型：边单元列式，solid117励磁线圈：线圈要建模·线圈横截面积：ACOND参数线圈全部单元加载电流密度单元组件：线圈单元组件名：COIL衔铁单元组件名：ARMATURE4.3-4

4.3-4 • 在命令窗口输入team20建模 • 模型信息 – 单元类型: 边单元列式， solid117 – 励磁线圈: 线圈要建模 • 线圈横截面积: ACOND 参数 • 线圈全部单元加载电流密度 – 单元组件: • 线圈单元组件名: COIL • 衔铁单元组件名: ARMATURE

ANSYS线圈区加载电流密度按单元坐标系加载电流密度线圈区单元可用不同单元坐标系激活线圈单元坐标系ESYS号线圈转角部分用柱坐标系(ESYS11)直段部分用直角坐标系电流方向局部坐标系11：柱坐标、1原点在线圈转角半径中心4.3-5

4.3-5 • 线圈区加载电流密度 – 按单元坐标系加载电流密度 – 线圈区单元可用不同单元坐标 系 • 线圈转角部分用柱坐标系 (ESYS 11) • 直段部分用直角坐标系 局部坐标系11 : 柱坐标、]原 点在线圈转角半径中心 电流方向 激活线圈单元坐标系ESYS号

ANSYS·确认JS电流分量和符号转角部分电流的正方向为单元坐标的“Y"向线圈电流方向直段部分电流的负方向为单元坐直段部分电流的正标系的“x"向方向为单元坐标系的“Y"向+Xglobalglobal4.3-6

4.3-6 转角部分电流的 正方向为单元坐 标的 “Y”向 +Yglobal +Xglobal 直段部分电流的正 方向为单元坐标系 的“Y”向 直段部分电流的 负方向为单元坐 标系的 “X”向 • 确认 JS电流分量和符号 线圈电流方向

ANSYS用实常数来选择线圈的两个部分，把JSY和JSX加于相应的部分实常数3(JSY>0)实常数2(JSY > 0)实常数4(JSX<0)globalglobal4.3-7

4.3-7 • 用实常数来选择线圈的两个部分，把JSY 和JSX 加于相应的部分 实常数4 (JSX 0) 实常数2 (JSY > 0) +Yglobal +Xglobal

ANSYS在线圈组件的2和3实常数单元上施加“3000/acond”JSY电流密度分量Solu>apply>excitation>-currdensity-onelements(PickAll)[BFE]Apply Uniforn Current Density (Js) on ElementsUAL1-3Jsx,JsY,Jsz components3000/acondUAL4Phase angle apply>excitation>-currdensity-onelements(PickAll)[BFEApply Uniform Current Density(Js) on ElementsUAL1-3Jsx,JsY.Jszcomponents3e3/acondUAL4Phaseangle(<degrees)选择OK4.3-8

4.3-8 • 在线圈组件的2和3实常数单元上施加“3000/acond” JSY电流密度 分量 Solu>apply>excitation>-curr density-on elements (Pick All) • 选择 OK • 在线圈组件的实常数4单元上施加“-3000/acond” JSX电流密度分量 Solu>apply>excitation>-curr density-on elements (Pick All) • 选择 OK

ANSYS利用图形控制，在单元图上显示电流密度Utility>plotctrls>symbolsL/PBF1Body Load Symbolsdens-compcurrX-compcurr densELEMENTSELEMENTSCURR.DENS.(JSY)CURR. DENS.(USX)CRMN=0CRMN=-.173E+07CRMX=173E+07CRMX=0xV=-1xV=-1YV=1YV=-1zV=1zv=1DIST=.060221DIST=.060221XF=.01875XF=.01875YF=.01875YF=.01875ZF=.075ZF=.075VUP=ZVUP =ZZ-BUFFERZ-BUFFER0.173E+07.153E+07191703.134E+07383406575109-.115E+07766812-958515958515-766812-575109.115E+07383406.134E+07-191703.153E+070173E+074.3-9

4.3-9 • 利用图形控制，在单元图上显示电流密度 • Utility>plotctrls>symbols

ANSYS在模型所有外表面上施加通量平行条件一Y-Z平面（对称平面）一X-Z平面（对称平面）一其余平面施加远场边界条件激活整个模型选择外部表面加通量平行边界条件Solu>apply>boundary>-flux par'l-by areas选择“PickALL”选择OK4.3-10

4.3-10 • 在模型所有外表面上施加通量平行条件 – Y-Z 平面（对称平面） – X-Z平面（对称平面） – 其余平面施加远场边界条件 • 激活整个模型 • 选择外部表面 • 加通量平行边界条件 Solu>apply>boundary>-flux par’l-by areas • 选择“Pick ALL” • 选择 OK