《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 4-2 三维电磁场模拟

ANSYS第四章第2节三维电磁场模拟

第四章 第2节 三维电磁场模拟

ANSYS三维直流衔接磁铁定子衔铁问题描述— 1/4对称线圈为电流供电一线圈为绞线型导线安装孔分析顺序施加边界条件线圈进行求解后处理一·计算力磁动势能量4.2-2

4.2-2 三维直流衔接磁铁 • 问题描述 – 1/4对称 – 线圈为电流供电 – 线圈为绞线型导线 • 分析顺序 – 施加边界条件 – 进行求解 – 后处理 • 计算力 • 磁动势 • 能量 定子 线圈 衔铁 安装孔

ANSYS物理区域定子·BH数据衔铁拉·BH数据线圈·自由空间：,=1空气62自由空间：P=1·励磁：1500安匝对称平面一X-Z平面：通量垂直一X-Y平面：通量平行单位：mm4.2-3

4.2 - 3 • 物理区域 – 定子• BH数据 – 衔铁• BH 数据 – 线圈• 自由空间: μ r = 1 – 空气• 自由空间: μ r = 1 • 励磁: 1,500 安匝 • 对称平面 – X-Z平面 : 通量垂直 – X-Y平面 :通量平行 单位: mmZX Y

ANSYS在命令窗口输入keeper来建模模型信息，单元类型：标量势单元solid96单元组件：（衔铁单元）·ARMATURE线圈尺寸和参数线圈长度=LEN线圈中心X坐标=XCCWC线圈中心Y坐标=0YCOIL=线圈中心到线圈半壁厚处的Y坐XCOIL=线圈中心到线标距离圈半壁厚处的X坐标距离4.2-4

4.2-4 • 在命令窗口输入keeper来建模 • 模型信息 – 单元类型: 标量势单元 solid96 – 单元组件: • ARMATURE (衔铁单元） • 线圈尺寸和参数 线圈长度= LEN 线圈中心X坐标 = XCC 线圈中心Y坐标 = 0 XCOIL=线圈中心到线 圈半壁厚处的X坐标距 离 YCOIL=线圈中心到 线圈半壁厚处的Y坐 标距离 WC

ANSYS线圈详细数据必须生成整个线圈利用RACETRACK宏命令线圈X、Y轴的原点在线圈中心参数线圈输入DYWCDZLENYCRADXCXCOILZ轴为线圈中YCYCOIL心线轴XXCTCURDY从线圈局部Thickness -DZ原点测量4.2-5

4.2-5 • 必须生成整个线圈 • 利用RACETRACK 宏命令 线圈X、Y轴的原点在线圈中心 Z轴为线圈中 心线轴 线圈输入 参数 DY WC DZ LEN XC XCOIL YC YCOIL 从线圈局部 原点测量 线圈详细数据

ANSYS在利用RACETRACK宏命令生成线圈前线圈的X、Y、Z轴必须定位把原点移到线圈中心位置坐标(XCC,0,0)Utility>workplane>offsetto>X,Y,z locations（在命令窗口输入xcc,00并回车）zXWY线圈中心WZ(XCC,0,0)TT4.2-6

4.2-6 • 在利用 RACETRACK 宏命令生成线圈前 ，线圈的X、Y、Z轴必须定位 – 把原点移到线圈中心位置坐标 (XCC,0,0) Utility>workplane>offset to>X,Y,Z locations （在命令窗口输入xcc,0,0并回车） Z X Y 线圈中心 (XCC,0,0)

ANSYS旋转工作平面，定向工作平面的轴工作平面本来平行于总体坐标需绕X轴旋转-90度然后选择X-首先移动滑块到90X-00+XY-Q++YZ-O0+Z90nUDXKWYDegrees需要的工作平面Z轴方向4.2-7

4.2-7 • 旋转工作平面，定向工作平面的Z 轴 – 工作平面本来平行于总体坐 标 – 需绕X轴旋转-90度 Z X Y 需要的工作平面 Z 轴方向 然后选择 X- 首先移动滑块到90

ANSYS建跑道形线圈Preproc>create>racetrackcoil[RACE]"Racetrack" Current Source for 3-D MagneticXCX-loc of uertical legXCOILYCY-loc of horizontal legYCOILRADRadius of curvatureTCURTotal current flow1500（安匝数）DYIn-plane thicknessWCDZOut-of-plane thicknessLENCnaneConponent nameCOILIWZTUX·选择OK·把“增强图形”方式转换到“Full"方式，以图示线圈利用线圈+乙轴右手定则决定线圈电流方向4.2-8

4.2-8 • 建跑道形线圈 Preproc>create>race track coil • 选择 OK • 把“增强图形”方式转换到 “Full”方式 ，以图示线圈 利用线圈+Z 轴右手定则决定线圈电流方向 (安匝数)

ANSYS在Y=0处施加通量垂直条件选择Y=0平面Solu>apply>boundary>-flux normal-on areasPick allWZYX通量平行边界条件是自然边界，不用施加4.2-9

4.2-9 • 在Y=0 处施加通量垂直条件 • 选择Y=0平面 • Solu>apply>boundary>-flux normal-on areas Pick all 通量平行边界条件是自然边界，不用施加

ANSYS对衔铁施加力计算标志Solu>apply>flag>comp.Force[ARMATURE]选择OK开始求解Solu>electromagnet>opt&solv[MAGSOLU]Magnetostatics Options and Solution因为有铁-空气OptionFornulation optionDSP界面，要求选DSPCNUTOLFLux Conuergence Tol.0.001NEQITMax.equilibriumiter25BIOTForce Biot-Sauart Calc.YES推荐选择YES，除非线圈数据不变NOTE:Selecting ok will execute a solution·选择OK4.2-10

4.2-10 • 对衔铁施加力计算标志 Solu>apply>flag>comp. Force [ARMATURE] • 选择OK • 开始求解 Solu>electromagnet>opt&solv • 选择 OK 因为有铁-空气 界面，要求选 DSP 推荐选择YES，除 非线圈数据不变