《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 4-5 三维电磁模拟

ANSYS第四章第5节三维电磁模拟

第四章 第5节 三维电磁模拟

ANSYS三维角型汇流排实例问题描述半对称汇流排电流供电双汇流排一分析顺序加边界条件进行模拟后处理计算电流分布计算ANGLE组件力功率密度总功率双汇流排电流方向4.5-2

4.5-2 三维角型汇流排实例 • 问题描述 – 半对称 – 汇流排电流供电 – 双汇流排 • 分析顺序 – 加边界条件 – 进行模拟 – 后处理 • 计算电流分布 • 计算 ANGLE 组件力 • 功率密度 • 总功率 双汇流排电流方向

ANSYS耦合场第一步模拟目的是计算ANGLE组件力.汇流排之间间隙磁场分析模型必须扩展以计算由为0.75英寸汇流排其余部分产生的ANGLE组件力4.5-3

4.5-3 • 耦合场第一步模拟目的是计算 ANGLE组件力 • 磁场分析模型必须扩展以计算由 汇流排其余部分产生的ANGLE组 件力 .汇流排之间间隙 为0.75 英寸

ANSYS物理区域汇流排·自由空间：r=1ANGLE组件尺寸·p=.5E-7Q-m单位：英寸一空气·自由空间：r=18.4一远程自由空间·用远场单元模拟励磁：50,000A对称平面X-Y平面：通量垂直（汇流排内电流同方向）25.2汇流排水平间距：1英寸4.5-4

4.5-4 • 物理区域 – 汇流排 • 自由空间: μr = 1 • ρ = .5E-7 Ω-m – 空气 • 自由空间: μr = 1 – 远程自由空间 • 用远场单元模拟 • 励磁: 50,000 A • 对称平面 – X-Y平面：通量垂直（汇流 排内电流同方向） 汇流排水平间距: 1 英寸 单位: 英寸 ANGLE组件尺寸

ANSYS在命令窗口输入angle3d建模模型信息单元类型：·汇流排：三维磁矢势单元-Solid97（材料2)紧靠汇流排的自由空间：三维磁矢势单元-solid97量与标量之间界面单元-inter115三维磁矢势区域外的中间空间：标量单元solid96·远程空间：无限边界单元-infin47一单元组件：·汇流排：BUS（汇流排全长）·角型组件：ANGLE（只是汇流排的一部分，用于后续结构分析）4.5-5

4.5-5 • 在命令窗口输入angle3d建模 模型信息 – 单元类型: • 汇流排: 三维磁矢势单元 -solid97 (材料2) • 紧靠汇流排的自由空间: 三维磁矢势单元-solid97 • 矢量与标量之间界面单元-inter115 • 三维磁矢势区域外的中间空间: 标量单元 solid96 • 远程空间: 无限边界单元 -infin47 – 单元组件: • 汇流排: BUS (汇流排全长） • 角型组件: ANGLE (只是汇流排的一部分，用于后续结构分析)

ANSYS单元类型分布汇流排-solid97（MVP）Infin47设置在模型外半径边界处（单元类型3），本单元类型不需边界条件Inter115设置在量和标量单元类型之间（单元类型5）infin47不在远离汇流排的垂直面上两种单元类型延伸到对称面上4.5-6

4.5-6 Inter115 设置在矢量和标量单元 类型之间（单元类型5） Infin47设置在模型外半径边 界处（单元类型3），本单元 类型不需边界条件 两种单元类型延伸到对称面上 汇流排-solid97 (MVP) infin47不在远离汇流排的垂直面上 单元类型分布

ANSYS不同物理区的单元类型设置（用收缩选项画单元：Utility>plotctrls>style>size&shapeInfin47单元在标量单元的外表面Inter115在MVP与标量单元之间汇流排外边空气MVP单元不显示标量单元solid964.5-7

4.5-7 • 不同物理区的单元类型设置 (用收缩选项画单元: Utility>plotctrls>style>size&shape) 标量单元solid96. Inter115 在MVP 与 标量单元之间 汇流排外边空气 MVP 单元不显示 Infin47单元在标 量单元的外表面

ANSYS利用ANGLE组件，用solid69单元类型进行电流传导分析来计算汇流排的电流分布受载汇流排为solid97单元类型·必须把单元类型转换为solid69以进行电流传导分析Preproc>elementtype>add/edit/delete单元类型6DefinedElementTypes:PLANE13Type12345S0LID97Type电流方向INFIN4?TypeS0LID96TypeTuneINTER115Add.DeleteOptions.选择ADD4.5-8

4.5-8 • 利用ANGLE组件， 用solid69单元类型进行电流传导分析来计算 汇流排的电流分布 • 受载汇流排为solid97单元类型. • 必须把单元类型转换为solid69以进行电流传导分析 Preproc>element type>add/edit/delete 单元类型6 • 选择 ADD 电流方向

ANSYS选择OK用热电8节点砖型单元代替6号单元类型Library of Element Types67Magnetic-EdgeQuad 4node68HF Electromagnet3D Line69ElectrostaticBrickSnode157CircuitShell 4nodeElec ConductionThermal ElectricCoupled FieldUserMatrix69Brick 8nodeSuperelenentElenent type reference nunber·选择OKSolid69单元类型具有VOLT自由度，其分析结果包含用于后续磁分析的电流密度4.5-9

4.5-9 • 选择OK • 用热电8节点砖型单元代替6号单元类型 • 选择 OK • solid69单元类型具有 VOLT自由度，其分析结果包含用于后续磁分 析的电流密度

ANSYS对电流传导分析加边界条件有电流的端部节点必须加VOLT自由度耦合选择ANGLE组件的节点Preproc>couple/ceqn>coupledof利用柜BOX选项选择角端节点·选择OK[CP]Define Set of Coupled DoFsNSETSet reference numherLabDegree-of-freedom labelUOLT选择OK4.5-10

4.5-10 • 对电流传导分析加边界条件 • 有电流的端部节点必须加 VOLT自由度耦合 • 选择ANGLE组件的节点 Preproc>couple/ceqn>couple dof • 利用柜 BOX选项选择角端节点 • 选择 OK • 选择 OK