第九章 3D静态、谐波和瞬态分析(节点法)
ANSYS电磁场分析指南第九章3D静态、谐波和瞬态分析节点法
第九章3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）9.1节点法（MPV）进行3D静态磁场分析3-D节点法磁场分析的具体步骤与2-D静态分析类似，选择GUI参数路径Main Menu>Preferences> Magnetic-Nodal，便于使用相应的单元和加载。
与2-D静态分析同样的方式定义物理环境，但要注意下面讨论的存在区别的地方。
9.1.1 选择单元类型和定义实常数对于节点法3 –D静磁分析，可选的单元为3D 矢量位SOLID97单元，与2D单元不同。
自由度为：AX,AY,AZ。
3D矢量位方程中，用INFIN111远场单元（AX、AY、AZ三个自由度）来为无限边界建模。
对于载压和载流绞线圈（只有SOLID97单元），必须定义如下实常数：速度效应可求解运动物体在特定情况下的电磁场，2-D静磁分析讨论了运动体的应用和限制，在3-D中，只有SOLID97单元类型能通过设置单元KEYOPT选项来考虑速度效应。
9.1.2 定义分析类型用与2D静态磁场分析相同的方式定义3D静态磁场分析，即，可以通过菜单路径Main Menu>Solution>New Analysis、或者用命令ANTYPE,STATIC,NEW来定义一个新的静态磁场分析；或者用ANTYPE,STATIC,REST 命令来重启动一个3-D分析。
如果使用了速度效应，不能在3D静态分析(ANTYPE,STATIC)中直接求解具有速度效应的静态直流激励场，而要用具有很低频率的时谐分析(ANTYPE,HARMIC)来完成。
9.1.3 选择方程求解器命令：EQSLVGUI：Main Menu>Solution>Analysis Options3D模型建议使用JCG或PCG法进行求解。
而对于载压模型、载流模型、或有速度效应的具有非对称矩阵的模型，只能使用波前法、JCG法、或ICCG法求解。
电路激励模型只能用稀疏矩阵法或波前法求解器。
瞬态分析
1 研究背景和意义
1 研究背景和意义
1 研究背景和意义
模态叠加法进行瞬态动力分析的基本步骤： （1）建造模型； （2）获取模态解； （3）获取模态叠加法瞬态分析解； （4）扩展模态叠加解； （5）观察结果。
2 问题描述
如图1所示为工作台与其四支撑力。计算在下列已知条件下该系统 的瞬态响应。
附录：数值计算程序(即命令流)
CM,_Y,AREA ASEL, , , , 1 CM,_Y1,AREA CHKMSH,'AREA' CMSEL,S,_Y
AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 TYPE, 2 MAT, 1 REAL, 2 ESYS, 0 SECNUM, LPLOT FLST,2,4,4,ORDE,2 FITEM,2,5 FITEM,2,-8 LMESH,P51X FINISH
瞬态分析
主要内容
1 研究背景和意义 2 问题描述 3 数值计算 4 结果分析 5 参考文献 附录：数值计算程序(即命令流)
变截面杆的拉伸分析
1
1 研究背景和意义
瞬态动力学分析用于确定结构在任意时间随载荷变化作用 下响应的一种分析方法，也称为时间历程分析。ANSYS瞬态动 力学分析可以考虑材料、接触、几何非线性，也就是说允许各 种非线性行为。 瞬态动力学分析可采用三种方法：完全（Full）法，缩减 （Reduced）法及模态叠加法。 Full法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应，它是3中方法中 功能最强的，允许包含各类非线性特性（塑性、大变形、大应 变等）。 Reduced法通常采用主自由度和减缩矩阵来压缩问题的规 模。主自由度的位移被计算出来后，解可以被扩展到出事的完 整DOF集上。 Mode Superposition法通过对模态分析得到的振型（特征 值）乘上因子并求和来计算出结构的响应。
瞬态动力学分析-PPT
2、瞬态动力学理论
2.1 完全法求解理论
不同时间积分算法的转换方法，需要插入以下命令流 TINTP, GAMMA, ALPHA, DELTA, THETA, OSLM, TOL, --, --, AVSMOOTH, ALPHAF, ALPHAM 在转换过程中，使用以上五个参数，来满足各自的算法即可
n
M i yi Ci yi K i yi F a
（14）
i1
i1
i1
在（14）式中左乘一个典型的模态振型i T
n
n
n
i T M i yi i T Ci yi i T K i yi i T F a
（15）
i1
i1
i1
自然模态的正交条件：
j T Ki 0 i j
（16）
jT M i 0
i j
（17）
2、瞬态动力学理论
2.2 模态叠加法求解理论
将正交条件应用到（15）式中
T
j
M
n
j
y j
j
T
C
n
j y
j
T
j
K
n
j
yi
j
T
F
a
i1
i1
i1
y j y j 和 y j 的系数如下：
使用质量矩阵进行归一化，即得 y j 的系数
j M j 1
y j 的系数
j C j 2 j j
j-第j阶模态的临界阻尼百分比； j-第j阶模态固有频率。
– ITS小到足够获取间隙“弹簧”频率；
– 建议每个循环三十个点，才足以获取两物 体间的动量传递。更小的ITS 会造成能量 损失，并且冲击可能不是完全弹性的。
nsys电磁场分析指南 第九章 3d静态、谐波和瞬态分析(节点法
第九章3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）9.1节点法（MPV）进行3D静态磁场分析3-D节点法磁场分析的具体步骤与2-D静态分析类似，选择GUI参数路径Main Menu>Preferences> Magnetic-Nodal，便于使用相应的单元和加载。
与2-D静态分析同样的方式定义物理环境，但要注意下面讨论的存在区别的地方。
9.1.1 选择单元类型和定义实常数对于节点法3 –D静磁分析，可选的单元为3D 矢量位SOLID97单元，与2D 单元不同。
自由度为：AX,AY,AZ。
3D矢量位方程中，用INFIN111远场单元（AX、AY、AZ三个自由度）来为无限边界建模。
9.1.1.1定义实常数对于载压和载流绞线圈（只有SOLID97单元），必须定义如下实常数：9.1.1.2 速度效应可求解运动物体在特定情况下的电磁场，2-D静磁分析讨论了运动体的应用和限制，在3-D中，只有SOLID97单元类型能通过设置单元KEYOPT选项来考虑速度效应。
9.1.2 定义分析类型用与2D静态磁场分析相同的方式定义3D静态磁场分析，即，可以通过菜单路径Main Menu>Solution>New Analysis、或者用命令ANTYPE,STATIC,NEW来定义一个新的静态磁场分析；或者用ANTYPE,STATIC,REST 命令来重启动一个3-D 分析。
如果使用了速度效应，不能在3D静态分析(ANTYPE,STATIC)中直接求解具有速度效应的静态直流激励场，而要用具有很低频率的时谐分析(ANTYPE,HARMIC)来完成。
9.1.3 选择方程求解器命令：EQSLVGUI：Main Menu>Solution>Analysis Options3D模型建议使用JCG或PCG法进行求解。
而对于载压模型、载流模型、或有速度效应的具有非对称矩阵的模型，只能使用波前法、JCG法、或ICCG法求解。
有限元分析丨瞬态动力学分析
有限元分析丨瞬态动力学分析瞬态动力学分析（Transient Structural）是结构有限元分析中非常重要的模块，下文是学习过程的一些积累，仅供参考学习使用，如有错误请指正！目录9.1 瞬态动力学分析简介瞬态动力学分析（Transient Structural）是用于分析载荷随时间变化的结构的动力学响应的方法。
用于确定结构在受到稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合下随时间变化的位移、应变和应力。
惯性力和阻尼在瞬态动力学中非常重要，如果惯性力和阻尼可以忽略，则可以用静力学分析代替瞬态动力学分析。
瞬态动态分析比静态分析更复杂，计算消耗和时间消耗较大。
通过做一些初步的工作来理解问题的物理性质，可以节省大量的资源。
9.2 瞬态动力学分析应用承受各种冲击载荷的结构，如：汽车中的门、导弹发射阶段等；承受各种随时间变化载荷的结构，如：桥梁、地面移动装置等；承受撞击和颠簸设备，如：机器设备运输过程。
9.3 瞬态动力学行业标准GB/T 2423.35-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ea和导则：冲击GJB 150-18 军用设备环境试验方法：冲击试验表9.1 脉冲加速度和持续时间（1）半正弦波半正弦形脉冲适用于模拟线性系统的撞击或线性系统的减速所引起的冲击效应，例如弹性结构的撞击。
图半正弦脉冲例：峰值加速度为15G，脉冲持续时间为11ms，Z方向冲击为例图 workbench中输入半正弦波输入载荷类型为加速度（Acceleration）条件，其中Define By选择Components，在Z Component处选择函数（Function），在等号后输入：Asin（ωt），ω=2π/Ta=14700*sin（2π*time/0.022）=14700*sin（2*180*time/0.022）=14700*sin((16363.636*time)^2)^0.5)mm/s2。
注意：单位为角度制，由于此处函数符号不支持绝对值运算符（abs）。
ANSYS电磁场分析指南
ANSYS电磁场分析指南（共17章）ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述：ANSYS电磁场分析指南第二章2-D静态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第四章２-Ｄ瞬态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）：ANSYS电磁场分析指南第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边元方法）：ANSYS电磁场分析指南第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第九章3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）：ANSYS电磁场分析指南第十章高频电磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第十一章磁宏：ANSYS电磁场分析指南第十二章远场单元：ANSYS电磁场分析指南第十三章电场分析：ANSYS电磁场分析指南第十四章静电场分析（h方法）：ANSYS电磁场分析指南第十五章静电场分析（P方法）：ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析：ANSYS电磁场分析指南第十七章其它分析选项和求解方法：第一章磁场分析概述1.1磁场分析对象利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS可分析计算下列的设备中的电磁场，如：·电力发电机·磁带及磁盘驱动器·变压器·波导·螺线管传动器·谐振腔·电动机·连接器·磁成像系统·天线辐射·图像显示设备传感器·滤波器·回旋加速器在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为：·磁通密度·能量损耗·磁场强度·磁漏·磁力及磁矩·S-参数·阻抗·品质因子Q·电感·回波损耗·涡流·本征频率存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。
ANSYS稳态和瞬态分析步骤简述..
ANSYS稳态和瞬态热模拟基本步骤基于ANSYS 9。
0一、稳态分析从温度场是否是时间的函数即是否随时间变化上，热分析包括稳态和瞬态热分析。
其中，稳态指的是系统的温度场不随时间变化，系统的净热流率为0，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量：（3-1）=0+-q q q流入生成流出在稳态分析中，任一节点的温度不随时间变化.基本步骤:（为简单起见，按照软件的菜单逐级介绍）1、选择分析类型点击Preferences菜单,出现对话框1。
对话框1我们主要针对的是热分析的模拟，所以选择Thermal.这样做的目的是为了使后面的菜单中只有热分析相关的选项.2、定义单元类型GUI：Preprocessor>Element Type〉Add/Edit/Delete 出现对话框2对话框2点击Add，出现对话框3对话框3在ANSYS中能够用来热分析的单元大约有40种，根据所建立的模型选择合适的热分析单元。
对于三维模型，多选择SLOID87:六节点四面体单元。
3、选择温度单位默认一般都是国际单位制，温度为开尔文(K）.如要改为℃，如下操作GUI：Preprocessor>Material Props>Temperature Units选择需要的温度单位。
4、定义材料属性对于稳态分析,一般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可以随温度变化。
GUI: Preprocessor〉Material Props> Material Models 出现对话框4对话框4一般热分析，材料的热导率都是各向同性的，热导率设定如对话框5.对话框5若要设定材料的热导率随温度变化,主要针对半导体材料。
则需要点击对话框5中的Add Temperature选项，设置不同温度点对应的热导率，当然温度点越多，模拟结果越准确.设置完毕后,可以点击Graph按钮,软件会生成热导率随温度变化的曲线。
对话框5中，Material菜单，New Model选项，添加多种材料的热参数。
电气工程及其自动化输电线路工程方向专业课程教学大纲汇编
电气工程及其自动化（输电线路工程方向）专业课程教学大纲汇编（2014版卓越计划）电气与新能源学院二○一四年九月目录《电路原理（一）/（二）》课程教学大纲 ··············································错误!未定义书签。
《电路实验I》课程教学大纲······························································错误!未定义书签。
《电力机械基础》课程教学大纲 ·························································错误!未定义书签。
Matlab中的时频分析与瞬态分析技术详解
Matlab中的时频分析与瞬态分析技术详解引言：Matlab作为一种功能强大且广泛应用的数学软件，被广泛用于信号处理、数据分析等领域。
在信号处理领域，时频分析与瞬态分析是重要的技术手段。
本文将详细介绍Matlab中的时频分析与瞬态分析技术，包括原理、方法和应用等方面内容，以帮助读者更好地理解和应用这些技术。
一、时频分析的原理与方法时频分析是指对信号在时域和频域上的特性进行综合研究的一种方法。
时频分析的基本思想是将信号分解为一系列窄带信号，并对每个窄带信号进行频域分析，从而得到信号在不同频率和时间上的特性。
常用的时频分析方法包括短时傅里叶变换（Short-time Fourier Transform，STFT）、连续小波变换（Continuous Wavelet Transform，CWT）等。
1. 短时傅里叶变换（STFT）短时傅里叶变换是一种经典的时频分析方法，其基本思想是将信号分段进行傅里叶变换。
Matlab中可以使用stft函数来进行短时傅里叶变换。
以下是一个简单的示例：```MatlabFs = 1000; % 采样率t = 0:1/Fs:1-1/Fs; % 时间序列f0 = 50; % 信号频率x = sin(2*pi*f0*t); % 生成信号windowLength = 128; % 窗口长度overlapLength = 100; % 重叠长度[S,F,T] = stft(x, windowLength, overlapLength, Fs);imagesc(T, F, abs(S));set(gca,'YDir','normal');colorbar;```上述代码通过生成一个正弦信号，并对其进行短时傅里叶变换，将结果使用图像表示出来。
通过调整窗口长度和重叠长度，可以获得不同精度和分辨率的时频谱图。
2. 连续小波变换（CWT）连续小波变换是一种基于小波分析的时频分析方法，其基本思想是将信号与一系列不同尺度的小波基函数进行内积运算。
CAE-电机产品ANSYS虚拟样机技术
通用标准: SAT，ParaSolid，STEP，IGES 嵌入式接口: Pro/E，UG，CADDS，CATIA，SolidEdge， SolidWorks，MDT，Inventor
Pro/Engineer
SolidWorks Unigraphics
SDRC I-DEAS
CATIA
网格划分
气隙 定子冲片 定子线圈
空气 机座外壳
电机本体
b 电机本体截面示意图
c 电机纵向示意图
图2 ANSYS建立的电机几何模型
a 电机整体几何模型
图3 电机多物理场分析有限元 模型
磁场分析结果
图5 三维磁密分布
图6 关心部位磁密详 细数值
图7 磁力线分布
流动换热分析网格模型
图 18 流体区域（空气）网格
结构分析结果
图 30 电机定子周向位移分布（考虑了扭矩影响）
图 29 电机定子径向位移分布
图 31 电机定子等效应力分布（考虑温度和扭矩影响）
结构模态分析结果
图32 定子第1阶振型
图33 定子第2阶振型
图 38 定、转子耦联系统振动分析模型 图 39 定、转子耦联系统第1阶振型
结构模态分析结果
图3 电机多物理场分析有限元 模型
•映射网格划分 •自由网格划分 •智能网格划分 •局部网格细化 •自适应网格划分 •混合网格
后处理 数据处理
图形处理
• 等值图 • 向量图
• 结果数据的详细列表 • 结果数据排序 • 结果数据计算与组合
• 粒子轨迹图
• 曲线图
• 多种图形输出格式
后处理工具
•多种动画显示 •切片显示 •对称模型的扩展 •在模型上查询结果
(完整版)ansys动力学瞬态分析详解
这是缺省的初始条件，即如果 = = 0，则不需要指定任何条件。在第一个载荷步中可以加上对应于载荷/时间关系曲线的第一个拐角处的载荷。
§
可以用IC命令设置这些初始条件。
命令：IC
GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>Initial Condit’n>Define
注意：不要定义矛盾的初始条件。例如，在某单一自由度处定义了初始速度，则在所有其它自由度处的初始速度将为0.0，潜在地会产生冲突的初始条件。在大多数情形下要在模型的每个未约束自由度处定义初始条件。如果这些条件对各自由度是不同的，那么就可以较容易地明确指定初始条件，如下所述。
1.建造模型
2.建立初始条件
3.设置求解控制
4.设置其他求解选项
5.施加载荷
6.存储当前载荷步的载荷设置
7.重复步骤3-6定义其他每个载荷步
8.备份数据库
9.开始瞬态分析
10.退出求解器
11.观察结果
§
在这一步中，首先要指定文件名和分析标题，然后用PREP7定义单元类型，单元实常数，材料性质及几何模型。这些工作在大多数分析中是相似的。<<ANSYS建模与网格指南 >>详细地说明了如何进行这些工作。
注─如果并不想包括任何非线性，应当考虑使用另外两种方法中的一种。这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。
完全法的优点是：
·容易使用，不必关心选择主自由度或振型。
·允许各种类型的非线性特性。
·采用完整矩阵，不涉及质量矩阵近似。
·在一次分析就能得到所有的位移和应力。
·允许施加所有类型的载荷：节点力、外加的（非零）位移（不建议采用）和单元载荷（压力和温度），还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。
瞬态动力分析
! 关闭瞬态效应 ! 小的时间间隔 ! 在指定节点定义强制位移 ! 两个子步 ! 阶梯载荷步
24
分析步骤-规定边界条件和初始条件
▪ 载荷步2： ➢ 打开瞬态效应； ➢ 删除强加位移； ➢ 指定终止时间，连续进行瞬态分析。
! 载荷步 2 TIMINT，ON ! 打开瞬态效应开关 TIME，… ! 指定载荷步实际的终点时刻 DDELE，… ! 删除所有强制位移 ... SOLVE.
尼），仅规定b阻尼（由滞后造成的阻 尼）：
b = 2/w
式中 x 为阻尼比，w 为主要响应频率 （rad/sec）。
典型命令: ALPHAD，… BETAD，…
17
分析步骤-规定边界条件和初始条件
建模 选择分析类型和选项
规定边界条件和初始条件 ▪ 在这种情况下边界条件为载荷或在整
个瞬态过程中一直为常数的条件，例 如： ➢ 固定点（约束） ➢ 对称条件 ➢ 重力 ▪ 初始条件
15
瞬态分析步骤-选择分析类型和选项
求解方法 ▪ 完整矩阵方法为缺省方法。允许下
列非线性选项： ➢ 大变形 ➢ 应力硬化 ➢ Newton-Raphson 解法 集中质量矩阵 ▪ 主要用于细长梁和薄壁壳或波的传 播 公式求解器 ▪ 由程序自行选择
16
瞬态分析步骤-选择分析类型和选项
阻尼 ▪ α和b阻尼均可用； ▪ 在大多数情况下，忽略α阻尼（粘性阻
➢ 不进行缩减。 采用完整的[K]， [C]， 和 [M]矩阵；
7
瞬态分析- 求解方法
模态叠加法 + 运动方程是去耦的,求解速度很快
直接积分法 – 完全耦合的运动方程,求解很费时间
+ 当仅需少量模态来描述响应时有效 + 对大多数问题都有效
三维静动力分析
（2-5）
三维静动力分析基础知识
三维静动力分析
1. 结构动力的研究方法[57]
动力学问题在国民经济和科学技术的发展中有着广泛的应用领域。最经常遇到的是结构动力学问题，它主要包括动力特性分析和动力时程分析两种类型。对水电站厂房的动力分析主要研究厂房结构在地震和机组震动作用下厂房结构的应力分布以及其稳定性。因此，对厂房结构的动力分析也就是抗震分析。目前，对水电站厂房动力分析的方法常有以下几种：
集中/分布静力、温度载荷 强制位移、惯性力等)作用下的响应，并得出所需的节点位移、节点力、约束反力、单元内力、单元应力和应变能等。工程结构设计中经常采用静力分析来分析结构承受极端载荷时的响应，得到相应的最大应变、应力和位移，进而讨论结构的强度问题。而且静力分析同时也可以求解结构的重量、重心以及惯性矩等。
（1）振型分解反应谱法
根据振动分析，多质点体系的振动可以分解成各个振型的组合，而每一振型又是一个广义的单自由度体系，利用反应谱便可以得出每一振型水平地震作用。经过内力分解计算出每一振型相应的结构内力，按照一定的方法进行各振型的内力组合。
该方法考虑了多个振型的影响，计算精度较高，但该方法是利用反应谱得出每一振型的地震反应，以静力方式进行结构分析，属于拟静力法的范畴.
有限单元法的基本思想早在二十世纪四十年代初期就有人提出，但真正用于工程中则是在电子计算机出现以后。“有限元单元法”这一名称是1960年美国的Clough.R.W在一篇名为“平面应力分析的有限元法”论文中首先使用的。40年来，随着现代力学、计算数学和计算机技术等科学的日益发展，有限元法的理论和应用都得到了迅速、持续的发展。有限单元法是目前工程技术领域中实用性最强，应用最为广泛的数值方法，它的应用已由弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题，由静力平衡问题扩展到稳定问题、动力问题和波动问题；分析对象从弹性材料扩展到塑性、粘弹性、粘塑性和复合材料等；从固体力学扩展到流体力学、传热学、电磁学等领域；在工程分析中的作用已经从分析和校核扩展到优化设计和计算机辅助设计相结合，成为科学研究和工程计算的一种最重要的方法。
谐波状态空间
谐波状态空间引言谐波状态空间（Harmonic State-Space）是一种用于描述谐波振动系统的数学模型。
在谐波振动中，系统的运动是以固定频率的正弦波进行的。
谐波状态空间模型可以帮助我们理解和分析谐波振动系统的运动特性和稳定性。
什么是谐波振动谐波振动是指物体在受到周期性外力作用下，以与外力频率相同的频率振动的现象。
谐波振动的特点是振动频率固定，振幅和相位可以随时间变化。
谐波状态空间模型谐波状态空间模型是描述谐波振动系统的一种数学模型。
它基于状态空间理论，将系统的状态表示为向量，通过状态方程描述系统状态随时间的变化。
状态空间表示谐波状态空间模型的状态空间表示如下：ẋ(t)=Ax(t)+Bu(t)y(t)=Cx(t)+Du(t)其中，x(t)是系统的状态向量，ẋ(t)是状态向量的导数，u(t)是输入向量，y(t)是输出向量。
A、B、C、D是系统的状态方程和输出方程的系数矩阵。
状态方程谐波状态空间模型的状态方程可以表示为：[ẋ1(t) ẋ2(t)⋮ẋn(t)]=[a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋱⋮a n1a n2⋯a nn][x1(t)x2(t)⋮x n(t)]+[b1b2⋮b n]u(t)其中，x i(t)是状态向量的第i个分量，a ij是状态方程的系数。
输出方程谐波状态空间模型的输出方程可以表示为：y(t)=[c1c2⋯c n][x1(t) x2(t)⋮x n(t)]+du(t)其中，c i是输出方程的系数，d是常数。
谐波状态空间模型的应用谐波状态空间模型在工程和科学领域中有广泛的应用。
以下是一些谐波状态空间模型的应用示例：电力系统在电力系统中，谐波状态空间模型可以用于描述电力网络中的谐波传播和谐波抑制控制。
通过建立谐波状态空间模型，可以分析电力系统中谐波的传递路径和谐波对电力设备的影响，从而设计合适的谐波抑制措施。
机械振动系统在机械工程中，谐波状态空间模型可以用于描述机械振动系统的动力学特性。
电路的瞬态分析简介.pptx
SR
R
iC
iC
US
uC
US
uC
旧稳态
uC
瞬态
US
新稳态
稳态
O
返回
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t
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第2章 电路的暂态分析
(二) 激励和响应
激励 (输入)：电路从电源 (包括信号源) 输入 的
信号。 响应 (输出)：电路在外部激励的作用下，或者在
内部储能的作用下产生的电压和电流。
响应分类：
产生 原因
零输入响应： 内部储能作用 零状态响应： 外部激励作用
LI 2
单位：焦[耳](J)
返回
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第2章 电路的暂态分析
L 储存的磁场能
Wm
1 2
LI 2
则
p dWm
dt
所以电感电流 i 不能发生突变,否则外部需要向 L
供给无穷大功率。
直流电路中 I = 常数 U=0 L 相当于短路,短直作用
返回
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第2章 电路的暂态分析
因为
LΨ i
i
eL
所以 e d(NΦ) dΨ d(Li) L d i
dt
dt
dt
dt
KVL： e = – u
则电感电压与电流的关系 u L d i
瞬时功率
dt di p u i Li
dt
返回
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第2章 电路的暂态分析
瞬时功率 p u i Li d i
uR -
uR(0) RiR(0) (51) V 5 V
电工学第章电路瞬态分析
0
ui
dt
=
U
0
Cudu
=
1 2
CU2
u －
C
分
析 电容中储存的电场能
1
We = 2 CU2
—————单位为焦[耳]( J )
由于
p=
d We dt
若外部不能向电容提供无穷大的功率,电场能就不可 能发生突变。因此，电容的电压 u 不可能发生突变。
电工学第章电路瞬态分析
10
第
2
章 电 路 的 瞬 态 分 析
电容串联时
1 = 1＋1 C C1 C2
u1 =
C2 u C1＋C2
u2 =
C1 u C1＋C2
＋＋
u1
u
－ ＋
C1
u2 －－
C2
电容并联时
C＝ C1＋C2
＋
u
C1 C2
－
电工学第章电路瞬态分析
第 2
章 电容图片
电 路 的 瞬 态 分 析
复合介质电容
钽电解电容
铝电解电容
11
真空电容
陶瓷电容
薄膜电容
第
2
章 电
t
uC = US＋ ( U0－ US ) e
路
的
瞬
态 当 U0 > US , 分 电容放电
析
当 U0 < US , 电容充电
uC
uC
U0
US
US
U0
O
t
O
31
t
电工学第章电路瞬态分析
32
第
2
章 ［例2.4.1］图示电路中，U0＝15 V，US＝10 V，
电 路 的
谐波状态空间
谐波状态空间一、引言谐波是指周期性的波形，它是由基波频率的整数倍频率组成的。
在电力系统中，谐波会对电力设备和系统产生不良影响，如降低设备寿命、降低系统效率等。
因此，研究谐波问题具有重要的理论和实际意义。
二、谐波分析方法1. 傅里叶级数法傅里叶级数法是将周期函数分解为一系列正弦函数或余弦函数的和，其中每个正弦函数或余弦函数就是一个谐波。
该方法适用于周期信号的分析。
2. 傅里叶变换法傅里叶变换法是将非周期信号分解为一系列正弦函数或余弦函数的积分形式，其中每个正弦函数或余弦函数就是一个谐波。
该方法适用于非周期信号的分析。
3. 矩阵法矩阵法是将电路中各元件所产生的各次谐波视为相互独立的量，建立起各次谐波之间的关系式，并通过求解矩阵方程组来计算各次谐波电压和电流。
三、谐波状态空间模型1. 基本概念谐波状态空间模型是指将电路中各元件所产生的各次谐波视为相互独立的状态量，建立起各次谐波之间的关系式，并通过求解状态空间方程组来计算各次谐波电压和电流。
2. 状态空间方程组状态空间方程组是由矩阵形式的电路元件阻抗、导纳或传输函数以及输入信号构成的一组微分方程。
在谐波分析中，将原始电路中的所有非线性元件用线性等效电路代替，然后利用矩阵法建立起各次谐波之间的关系式，最终得到状态空间方程组。
3. 状态转移矩阵状态转移矩阵是指描述系统在任意时刻下从一个状态到另一个状态之间的转移关系的矩阵。
在谐波分析中，通过求解状态空间方程组得到系统的响应函数，并利用响应函数构造出系统的状态转移矩阵。
4. 稳定性分析稳定性分析是指对于给定系统，在不同工作条件下对其稳定性进行评估。
在谐波分析中，可以通过计算系统传递函数的极点和零点来评估系统的稳定性。
四、谐波状态空间模型的应用1. 谐波分析谐波状态空间模型可以用于对电力系统中的谐波进行分析，从而得到各次谐波电压和电流。
通过分析各次谐波的大小和相位关系，可以评估系统的稳定性和安全性。
2. 谐波控制谐波状态空间模型可以用于设计谐波控制器，从而抑制电力系统中的谐波。
Multisim的基本分析方法1
第2章Multisim9的基本分析方法主要内容2.1 直流工作点分析（DC Operating Point Analysis ）2.2 交流分析（AC Analysis）2.3 瞬态分析（Transient Analysis）2.4 傅立叶分析（Fourier Analysis）2.5 失真分析（Distortion Analysis）2.6 噪声分析（Noise Analysis）2.7 直流扫描分析（DC Sweep Analysis）2.8参数扫描分析（Parameter Sweep Analysis）2.1 直流工作点分析直流工作点分析也称静态工作点分析，电路的直流分析是在电路中电容开路、电感短路时，计算电路的直流工作点，即在恒定激励条件下求电路的稳态值。
在电路工作时，无论是大信号还是小信号，都必须给半导体器件以正确的偏置，以便使其工作在所需的区域，这就是直流分析要解决的问题。
了解电路的直流工作点，才能进一步分析电路在交流信号作用下电路能否正常工作。
求解电路的直流工作点在电路分析过程中是至关重要的。
2.1.1构造电路为了分析电路的交流信号是否能正常放大，必须了解电路的直流工作点设置得是否合理，所以首先应对电路得直流工作点进行分析。
在Multisim9工作区构造一个单管放大电路，电路中电源电压、各电阻和电容取值如图所示。
注意：图中的1，2，3，4，5等编号可以从Options---sheet properties—circuit—show all调试出来。
执行菜单命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析类型中选择DC Operating Point，则出现直流工作点分析对话框，如图A所示。
直流工作点分析对话框B。
1. Output 选项Output用于选定需要分析的节点。
左边Variables in circuit 栏内列出电路中各节点电压变量和流过电源的电流变量。
右边Selected variables for 栏用于存放需要分析的节点。
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第九章3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）9.1节点法（MPV）进行3D静态磁场分析3-D节点法磁场分析的具体步骤与2-D静态分析类似，选择GUI参数路径Main Menu>Preferences> Magnetic-Nodal，便于使用相应的单元和加载。
与2-D静态分析同样的方式定义物理环境，但要注意下面讨论的存在区别的地方。
9.1.1选择单元类型和定义实常数对于节点法3 –D静磁分析，可选的单元为3D 矢量位SOLID97单元，与2D单元不同。
自由度为：AX,AY,AZ。
3D矢量位方程中，用INFIN111远场单元（AX、AY、AZ三个自由度）来为无限边界建模。
9.1.1.1定义实常数对于载压和载流绞线圈（只有SOLID97单元），必须定义如下实常数：线圈横截面积(CARE)该常数表示绞线圈的实际物理横截面积，无论是否采用对称性建模。
程序假定在线圈的长度方向上横截面积是不变的。
线圈总匝数(TURN) 线圈总匝数，无论是否采用对称性建模。
线圈的模型体积(VOLU) 有限元线圈区的实际体积，而不是整个线圈的总体积。
电流的方向矢量(DIRX, DIRY, DIRZ) 通过矢量的各个分量描述电流方向。
对于一般单元，电流的约束方向为(DIRX, DIRY, DIRZ) = (1,0,0).下面图1（b）中列举了绞线型导体的90度圆弧，可按照如下方法说明THETA方向电流：（1）说明柱状单元坐标系命令：ESYSGUI：Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Element>Elem Attributes（2）修正单元以继承新的坐标系命令：EMODIFGUI：MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Move/Modify>- Elements-Modify Attrib（3）设置电流方向为 (DIRX,DIRY,DIRZ)=(0,1,0)。
对称系数(CSYM) CSYM（对称系数）*VOLU（有限元体积）就是整个线圈的总体积。
填充系数(FILL) 在线圈横截面中导体所占的比例，可用以调整线圈阻抗。
9.1.1.2速度效应可求解运动物体在特定情况下的电磁场，2-D静磁分析讨论了运动体的应用和限制，在3-D中，只有SOLID97单元类型能通过设置单元KEYOPT选项来考虑速度效应。
9.1.2定义分析类型用与2D静态磁场分析相同的方式定义3D静态磁场分析，即，可以通过菜单路径Main Menu>Solution>New Analysis、或者用命令ANTYPE,STATIC,NEW来定义一个新的静态磁场分析；或者用ANTYPE,STATIC,REST 命令来重启动一个3-D分析。
如果使用了速度效应，不能在3D静态分析(ANTYPE,STATIC)中直接求解具有速度效应的静态直流激励场，而要用具有很低频率的时谐分析(ANTYPE,HARMIC)来完成。
9.1.3选择方程求解器命令：EQSLVGUI：Main Menu>Solution>Analysis Options3D模型建议使用JCG或PCG法进行求解。
而对于载压模型、载流模型、或有速度效应的具有非对称矩阵的模型，只能使用波前法、JCG法、或ICCG法求解。
电路激励模型只能用稀疏矩阵法或波前法求解器。
9.1.4加载和求解进入求解器：命令：/SOLUGUI：Main Menu>Solution3-D 静态MVP分析的载荷与2-D静态分析稍有些不同，但其菜单路径是一样的。
下面是关于3-D静态磁场分析的一些加载：9.1.4.1磁矢量势该载荷用以定义磁力线垂直、磁力线平行、远场、周期边界条件、以及强加外磁场等载荷和边界条件，下表描述了各种边界条件相应的磁矢量势值：边界条件AX,AY,AZ值磁力线垂直用DSYM,asym命令使A的垂直分量为0.GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary>-Vector Poten-Flux Normal-On Nodes.磁力线平行令A的面内的分量为0.远场用单元INFIN111.远场为零AX=AY=AZ=0.周期性命令：CE或CPGUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Constraint EqnMain Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Couple DOFs外加磁场A(X,Y,Z)不等于0.如果用INFIN111号单元表示模型无限远边界，则不用定义远场为0的边界条件。
用CE或CP命令或者相应的等效路径施加周期性或者循环对称条件。
对于外加磁场，定义不为0的各个分量AX，AY，AZ。
9.1.4.2力标志给单元组件加Maxwell表面和虚位移标志可参见第二章中的说明。
9.1.4.3电压降（VLTG）用这些载荷定义绞线圈电压降。
在MKS单位制中，VLTG单位是伏特，电压降载荷只对使用了AX，AY，AZ，CURR自由度的SOLID97单元有效。
要得到正确的解，必须藕合导体所有节点的CURR自由度。
9.1.4.4电流段（CSG（X，Y，Z））电流段加节点电流载荷，在MKS制中，电流段单位为安培-米。
9.1.4.5Maxwell表面（MXWF）见第二章中的说明。
9.1.4.6源电流密度（JS）加电流到源导体，在MKS制中，电流密度JS单位为安/米2。
由于电磁分析的连续方程必须满足，所以此处施加的源电流密度必须是无散度的，这一点必须得到保证，如果有误，则SOLID97单元会解算出错误结果，并且不给出任何警告信息！在某些情况下，源电流密度的幅值和方向都是恒定的，自然满足无散度条件，此时就可用下面描述的BFE命令施加电流。
在其它很多复杂情况下，源电流密度的分布事先是不知道的，此时就需要先执行一个静态电流传导分析（见第13章），一旦确定下电流，就可以用LDREAD 命令将其读入磁场分析中。
9.1.4.7磁虚位移见第二章中的说明。
9.1.5备份数据用工具条中的SAVE_DB按钮来备份数据库，如果计算机出错，可以方便的恢复需要的模型数据。
恢复模型时，用下面的命令：命令：RESUMEGUI:Utility Menu>File>Resume Jobname.db9.1.6求解对非线性分析，求解分为二步：1.将载荷以斜坡加载的方式加到3到5个子步上去，每个子步用一次平衡迭代；2.在一个子步中求得最终解，这个子步需10次平衡迭代。
通过下面的命令完成：命令：MAGSOLV（将OPT域设为零）GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Electromagnet>-Static Analysis-Opt &Solv9.1.7完成求解离开求解器：命令：FINISHGUI:Main Menu>Finish9.1.8计算电感矩阵和磁链使用LMATRIX宏命令可以计算线圈系统的微分电感矩阵和每个线圈的总磁链:命令：LMATRIXGUI：Main Menu>Solution>-Solve-Electromagnet>-Static Analysis-Induct Matrix计算电感矩阵需要几个步骤，首先将线圈单元定义为部件，定义名义电流，然后在工作点执行一次名义求解，第11章有详细介绍。
9.2后处理ANSYS和ANSYS/Emag程序将3D静态磁场分析的数据结果写入到Jobname.RMG文件中，结果数据包括：主数据：节点自由度（AX,AY,AZ,CURR）导出数据：·节点磁通量密度（BX,BY,BZ,BSUM）·节点磁场强度（HX,HY,HZ,HSUM）·节点磁力（FMAG: X,Y分量和SUM）·节点感生电流段（CSGX,CSGY,CSGZ）·单元源电流密度（JSX,JSY,JSZ）·单位体积生成的焦耳热（JHEAT）·等等。
进入通用后处理器/POST1，进行下列后处理操作：命令：/POST1GUI: Main Menu>General Postproc9.2.1从结果文件中读入数据9.2.1.1通量线3-D矢量分析得不到通量线(磁力线)，但可利用磁通密度矢量显示来观察通量路径。
9.2.1.2等值图显示、矢量显示、列表显示、电磁力详见第二章。
9.2.1.3带电粒子示踪在《ANSYS基本过程指南》的第5章和第12章中还详细介绍了怎样以图形的方式显示带电粒子在磁场中的轨迹9.2.1.4线圈电组和电感对于载压和载流线圈，可以计算线圈电阻和电感。
每个单元都存储有电阻和电感值，对这些值求和就得到导体模型区的总电阻和总电感。
这通过单元表来实现，先选择导体单元，再用ETABLE, tablename, NMISC, n命令或它的等效菜单路径（n=16为电阻，17为电感），最后用SSUM命令或它的等效菜单路径对这些数据进行求和。
对于载压线圈（SOLID97的KEYOPT(1)=2）或电路耦合线圈（SOLID97的KEYOPT(1)=3）所计算的电感值仅在下列情况有效：·线性问题（导磁率为常数）；·模型没有永磁体；·模型只有一个线圈。
由多线圈组成的系统采用LMATRIX宏来计算微分电感矩阵和每个线圈的总磁链。
LMATRIX 宏的详情参见11章。
9.2.2计算其它选项可以从后处理数据中计算许多其它感兴趣的项（例如总力、力矩、源输入能、电感、磁链和端电压）。
ANSYS为这些计算提供了如下宏命令：·EMAGERR宏：计算静电场或电磁场分析中的相对误差。
·FLUXV宏：计算通过一条封闭曲线的通量。
·FMAGSUM宏：对单元组件上电磁力求和。
·MMF宏：计算沿一条路径的磁动势。
·SENERGY宏：确定存储的磁能或共能。
这些宏更详细讨论见第十一章“磁宏”9.3节点法（MPV）3D谐波磁场分析像ANSYS分析的其他类型一样，谐波磁分析要定义物理环境、建模、加载和求解、然后观察结果。
3 -D谐波磁分析的大部分过程都与2 -D谐波分析过程类似。
9.4建立3 -D谐波磁分析的物理环境除了以下将要描述的内容外，节点法3-D谐波分析的过程与第二章内所描述的过程类似。
节点法3 -D谐波分析使用SOLID62、SOLID97和CIRCU124单元。
在ANSYS基本分析过程指南和ANSYS建模和分网指南中对模型的建立有详细的介绍。