基于ANSYS平台的电磁场数值仿真

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基于ANSYS的电磁感应加热系统仿真与实验

实验技术与管理第38卷第5期 2021年5月Experimental Technology and Management Vol.38 No.5 May 2021收稿日期: 2020-07-02作者简介: 房紫璐（1995—），女，江苏常州，硕士研究生，主要研究方向为电磁场与微波技术，fangzilu@ 。

通信作者: 李玉玲（1973—），女，内蒙古巴彦淖尔，博士，副教授，硕士生导师，主要从事电力电子技术应用及电工理论与新技术的教学和研究，liyl@ 。

引文格式: 房紫璐，龚直，李玉玲，等. 基于ANSYS 的电磁感应加热系统仿真与实验[J]. 实验技术与管理, 2021, 38(5): 129-133.Cite this article: FANG Z L, GONG Z, LI Y L, et al. Simulation and experiment of electromagnetic induction heating system based on ANSYS[J]. Experimental Technology and Management, 2021, 38(5): 129-133. (in Chinese)ISSN 1002-4956 CN11-2034/TDOI: 10.16791/ki.sjg.2021.05.026虚拟仿真技术基于ANSYS 的电磁感应加热系统仿真与实验房紫璐，龚直，李玉玲，姚缨英（浙江大学电气工程学院，浙江杭州 310027）摘要：将电子工程专业基础课“工程电磁场”中的电磁感应定律和涡流理论与实际应用相结合，提出了基于电磁炉加热系统的仿真实验方案。

方案采用ANSYS 有限元仿真软件对电磁感应加热系统进行建模仿真，并分析典型系统参数对加热系统耦合的影响。

计算得到的涡流矢量图与欧姆损耗密度云图能够帮助学生更好地理解感应加热原理。

实验方案将理论分析、数值仿真和实验测量三者相结合，能够帮助学生更好地构建该课程系统全面的思维框架。

ANSYS仿真实验

ANSYS仿真实验
1. 实验目的
本实验是在ANSYS平台上开发的。

ANSYS是国际上著名的有限元软件包，可对结构力学、流体力学、传热学和电磁学等领域的问题进行求解。

其特点是图形界面友好，易学，前后处理功能强大。

在ANSYS平台上开发电磁场数值仿真实验，无需编程。

只要将问题的求解过程描述清楚，学生按照给定步骤上机操作，就可以得到预期的结果。

实验可分两步，第一步按照给定的步骤和给定参数做；第二步，自己尝试改变某些参数，观察结果的变化。

在仿真过程中学会软件使用、学会边值问题的建模方法、学会用仿真软件检验电磁场分布特性的猜测。

2. 仿真计算模型
图1 计算模型（图中a、D可自定）
仿真实验包括静电场实验和恒定磁场实验，要求至少选做一个。

对于静电场实验，两导体电位分别为100V和-100V（可自定）；对于恒定磁场实验，两导体电流密度分别为10000A/m2和-10000A/m2。

根据几何结构和源的对称性，仿真实验可选用1/4或1/2平面进行建模。

3. 仿真实验操作步骤
参考《ANSYS电磁场分析软件上机步骤》，用书面语言将上机过程描述清楚。

4. 仿真计算结果
实验过程中需要记录如下仿真结果：
⑴网格剖分图；
⑵等电位线分布图或等A线分布图；
⑶电场强度矢量图或磁场强度矢量图。

11.2.5二维静电场数值仿真+-+基于ANSYS平台的电磁场数值仿真实验报告

电位已知，分别为 100V 和-100V，分析空间电场强度和电位分布规律。可根据几何结构和源分布的对称性，仿真实验可选用 1/2 或 1/4 平面进行建模。
图 1 仿真实验四、实验步骤 1、材料定义以及单元设定
由于仿真求解区域为空气，所以相对介电常数设为 1 求解内部区域单元类型为 2D quard 121,外部无限单元类型为 2D infquard 110,其中 AZ 改为 volt, 4noded quard 改为 8noded 2、几何模型
由于求解区域及场源的对称性，选用 1/4 平面进行建模，导体球半径设为 0.2，求解区域内部半径设为 5，外部设为 10 模拟无限远情况。
进行布尔运算完成建模。ANSYS 几何建模如图 2 所示。
4
基于 Ansys 平台的电磁场数值仿真实验：王心电气 0914 1091181426
图 2 完成建模 3、区域属性定义及网格划分
实验中是中心带圆孔方板的四分之一模型，其网格反映了疏密不同的划分原则。小圆孔附近电场强度变化大，采用了比较密的网格。较远处梯度较小，网格分得较稀。采用疏密不同的网格划分，既可以保持相当的计算精度，又可使网格数量减小。
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7
基于 Ansys 平台的电磁场数值仿真实验：王心电气 0914 1091181426
加精确，但是也增加了计算的方程个数，使运算时间变长。在计算数据变化梯度较大的部位(如实验中加压圆弧表面)，为了较好地反
映数据变化规律，需要采用比较密集的网格。而在计算数据变化梯度较小的部位为减小模型规模，则应划分相对稀疏的网格。这样，整个结构便表现出疏密不同的网格划分形式。
划分结果如图 3 所示
图 3 网格划分结果 4、加压，无限边界设定，计算

ansys电磁场仿真分析教程

1-12
• 模拟模型的轴对称形状 • 选择Options（选项） • Element behavior（单元行为） • 选择 Axisymmetric（轴对称） • 选择OK
1-13
• 定义材料 Preprocessor>Material Props>Isotropic
• 定义空气为1号材料(MURX = 1)
• 对称面 (B-B)边界条件 – 2D磁矢量势(MVP)方式，无须处理 – 加载电流与全模型相同
B
B
Quarter symmetry model of
the simple magnetizer
1-43
• 1/4模型与全模型比较 – 磁通密度分布相同 – 贮能为1/4 – 所示线圈上的Lorentz力 1/2 – 作用在极面上力为1/2
有限元网格
1-6
• 进行模拟 • 观察结果
– 某指定时刻 – 整个时间历程 • 后处理 – 磁力线 –力 – 力矩 – 损耗 – MMF（磁动势） – 电感 – 特定需要
1-7
• 模拟由3个区域组成 • 衔铁区: 导磁材料导磁率为常数（
即线性材料）
• 线圈区: 线圈可视为均匀材料. • 空气区:自由空间 (μr = 1) .
• 选On Lines并选取相应的线 • 选 OK
“所选取的线” 注：未划分单元前，加
上这种边界条件
“所选取的线”
1-22
• 生成有限元网格 • 利用智能尺寸选项来控制网格大小
Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-smartsize-basic
• 选择OK
1-23
• Preproc>-Meshing-Mesh>-Areas-Free> 在选取框内选择ALL 选择OK

ANSYS Maxwell 16.02 X64 (领先的电磁场仿真分析软件)

■□■□■□■□■□■□■□■□■长期有效■□■□■□■□■□■□■□■
MAXWELL 2D：
工业应用中的电磁元件，如传感器，调节器，电动机，变压器，以及其他工业控制系统比以往任何时候都使用
得更加广泛。由于设计者对性能与体积设计封装的希望，因而先进而便于使用的数字场仿真技术的需求也显著的增长。在工程人员所关心的实用性及数字化功能方面，Maxwell 的产品遥遥领先其他的一流公司。Maxwell 2D 包括交流/ 直流磁场、静电场以及瞬态电磁场、温度场分析，参数化分极；以及优化功能。此外，Maxwel2D 还可产生高精度的等效电路模型以供A n s o f t 的SIMPLORER模块和其它电路分析工具调用。
ANSYS Maxwell 16.02 X64 (领先的电磁场仿真分析软件)
Ansoft Maxwell : 领先的电磁场仿真3D能够仿真线性直线运动和旋转运动。因此，Maxwell3D可以用来对电机、激励器等运动所导致的物理特性对产品影响至关重要的这些装置的性能进行精确预测。
Bentely.AutoPLANT.Drawing.Flattener.V8i.v08.11.11.113.Win64 1CD
Bentely.LIMCON.v03.63.01.11 1CD
Bentely.MSTower.06.20.01.08 1CD
Bentley AutoPLANT Object Enabler V8i v08.11.11.113 Win64 1CD
Bentley Process & Instrumentation V8i 08.11.11.113 Win64 1CD
Bentley.Microstran.Advanced.09.20.01.18 1CD

ANSYS电磁场仿真实验报告

电磁场仿真实验报告求平行输电线周围的电位和电场分布一、报告要求：该生学号尾号为1，建立3条垂直排布的导线。

电位由下到上分别为1V，2V，3V，如下图所示：二、模型说明：静电场计算，求解区域为模型的5倍，截断边界条件。

最下方导线对地高度为10米，导线半径为0.01米，导线之间间距为5米。

（即：H1=10m，H2=15m，H3=20m，U1=1V，U2=2V，U3=3V，R0=0.01m，求解区域为一半圆，题目要求求解区域为模型的5倍，模型尺寸认为是40m，故取半圆半径L=200m。

）如下图所示：三、实验步骤：1、确定文件名，选择研究范围。

点击Utility Menu>File>Change Title，输入你的文件名。

例如“姓名_学号”（ZLM_2012301530051）点击Main Menu>Preferences，选择Electric。

点击Main Menu>Preprocessor>，进入前处理模块(command: /TITLE,ZLM_2012301530051/COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Electric/PREP7 )2、定义参数点击Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters，在下面“Selection”空白区域填入参数：H1=10H2=15H3=20R0=0.01U1=1U2=2U3=3每一个参数输入完毕，点击“Accept ”按钮，输入的参数就导入上方“Items”指示的框中，等参数导入完毕后，点击“close”按钮关闭对话框。

(command: *SET,H1,10*SET,H2,15*SET,H3,20*SET,R0,0.01*SET,U1,1*SET,U2,2*SET,U3,3)3、定义单元类型点击Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，出现单元类型对话框“Element Types”，点击Add，弹出单元类型选择库对话框“Library of ElementTpes”选择Electrostatic 和2D Quad 121（二维四边形单元plane121）。

ANSYS电磁场仿真实验报告

电磁场仿真实验报告求平行输电线周围的电位和电场分布一、报告要求：该生学号尾号为1，建立3条垂直排布的导线。

电位由下到上分别为1V，2V，3V，如下图所示：二、模型说明：静电场计算，求解区域为模型的5倍，截断边界条件。

最下方导线对地高度为10米，导线半径为0.01米，导线之间间距为5米。

（即：H1=10m，H2=15m，H3=20m，U1=1V，U2=2V，U3=3V，R0=0.01m，求解区域为一半圆，题目要求求解区域为模型的5倍，模型尺寸认为是40m，故取半圆半径L=200m。

）如下图所示：三、实验步骤：1、确定文件名，选择研究范围。

点击Utility Menu>File>Change Title，输入你的文件名。

例如“姓名_学号”（ZLM_2012301530051）点击Main Menu>Preferences，选择Electric。

基于有限元的电磁场仿真与数值计算

鼠笼异步电动机磁场的有限元分析摘要鼠笼异步电动机具有结构简单、价格低廉、运行可靠、效率较高、维修方便等一系列的优点，在国民经济中得到广泛的应用。

工业、农业、交通运输、国防工程以及日常生活中都大量使用鼠笼异步电动机。

随着大功率电子技术的发展，异步电动机变频调速得到越来越广泛的应用，使得鼠笼异步电动机在一些高性能传动领域也得到使用。

鼠笼异步电动机可靠性高，但由于种种原因，其故障仍时有发生。

由于电动机结构设计不合理，制造时存在缺陷，是造成故障的原因之一。

对电机内部的电磁场进行正确的磁路分析，是电机设计不可或缺的步骤。

利用有限元法对电机内部磁场进行数值分析，可以保证磁路分析的准确性。

本文利用Ansys Maxwell软件，建立了鼠笼式异步电机的物理模型，并结合数学模型和边界条件，完成了对鼠笼式异步电动机的磁场仿真，得到了物理模型剖分图，磁力线和磁通分布图，为电机的进一步设计研究提供了依据。

关键词：Ansys Maxwell；鼠笼式异步电机；有限元分析一、前言当电机运行时，在它的内部空间，包括铜与铁所占的空间区域，存在着电磁场，这个电磁场是由定、转子电流所产生的。

电机中电磁场在不同媒介中的分布、变化及与电流的交链情况，决定了电机的运行状态与性能。

因此，研究电机中的电磁场对分析和设计电机具有重要的意义。

在对应用于交流传动的异步电机进行电磁场的分析计算时，传统的计算方法因建立在磁场简化和实验修正的经验参数的基础之上，其计算精度就往往不能满足要求。

如果从电磁场的理论着手，研究场的分布，再根据课题的要求进行计算，就有可能得到满意的结果。

电机电磁场的计算方法大致可以分为解析法、图解法、模拟法和数值计算法。

数值解法是将所求电磁场的区域剖分成有限多的网格或单元，通过数学上的处理，建立以网格或单元上各节点的求解函数值为未知量的代数方程组。

由于电子计算机的应用日益普遍，所以电机电磁场的数值解法得到了很大发展，它的适用范围超过了所有其它的解法，并能达到足够的精度。

基于ANSYS的多相流测井传感器电磁场仿真研究

极间最好加个径向屏蔽极板，以减少传感器电极之间电容测量的干扰；离激励电极越远处，距电势和电场强度越弱。关键词：多相流；测井；ＮＹ；层析成像；ＡＳＳ仿真
中图法分类号：６１８１Ｐ３．＋文献标识码：Ｂ文章编号：１０ —１４２１）２０１—３０４９３（０００ —流体内部
介电常数的空间分布，这种技术可提供常规仪器无法
探测的封闭石油管道中油气水的浓度、成分分布、运动
相浓度的大小和分布状况… 。数据采集控制单元对任１
意一对极板间的电容值进行采样，这些数据处理后将
其中ｒｌｒ２… ，２表１电极板所在的空间，，ｒ１代２个位置；是外屏蔽罩所在的位置；ｌ厂是２个径向屏
蔽极板所处的位置。由电磁场理论知电场强度Ｅ（，
Ｙ满足如下关系：）
Ｅ（，）：一Ｖ。，）Ｙ（Ｙ（）３
Ｏ引言
多相流电容层析成像测井技术是通过测量石油管
体的各相浓度及其分布发生变化时，引起多相流混会合体等价介电常数的变化，从而使１个极板问的测量２电容值随之发生变化，电容值的大小反映了多相流各
石油仪器ＰＴＯＥＭＳＲＭＥＴＥＲＬＵＩＴＵＮＳＮ
２１００年ｏ４月
・
开发设计・
基于ＡＳＳＮＹ的多相流测井传感器电磁场仿真研究

基于ANSYS的高过载配变电磁场仿真及损耗计算

因此，研究高过载配变在不同负载下的损耗具有重要的工程意义。以往厂家多采用传统的经验公式法进行简单计算，但由于变压器的设计结构的差异，由经验公式计算出的损耗分布缺乏准确性。本文基于Maxwell 建立了高过载配变的电磁场仿真模型，不仅可以查看整个高过载配变的电磁场分布情况，还提供了一种更准确直接的损耗计算模型，为变压器的设计和生产提供有效依据[7-8]。
2 高过载配变电磁场仿真建模及结果分析
2.1 高过载配变有限元模型的建立
以400 kVA 自然油循环冷却配电变压器为原型，建立三维电磁场有限元仿真模型。变压器主要参数:低压侧绕组额定电压为0.4 kV，额定电流为577 A；绕组为层式结构，共2 层，每层的厚度为11.25 mm，内半径为138 mm，外半径为191 mm；油道宽度为4 mm；高压侧额定电压为10 kV，额定电流为23 A；共13 层，每层厚度1.82 mm，内半径为208 mm，外半径为278 mm；4 层与5 层间是全油道，8 层与9 层间是半油道，油道宽度为4 mm；变压器铁芯采用23Q90 型硅钢片，铁芯重709.4 kg；变压器油箱的尺寸为960 mm×540 mm×1020 mm，厚度为4 mm，材料为Q235A 钢板，三维配变仿真模型如图2 所示。
高过载变压器与普通变压器最大的不同就在于高过载变压器需要承受的电流高于额定电流，有时甚至是额定电流的2 倍，这样大大增加了变压器的温升和损耗，因此，降低变压器损耗至一定范围内显得尤为重要。从经济运行角度，高过载能力配变在年平均负载率低、负荷峰谷差大的条件下，其年综合损耗才能优于具备同样承载能力的常规变压器，体现其安全性和经济性[5-6]。
由图5可知，通过基于Maxwell的有限元模型计算损耗，在数值上与经验公式法计算结果相近。3种数据相比，通过仿真所得的计算结果与试验实测数据更加接近。这是因为仿真模型各项参数都与实际变压器原型保持一致，计算结果准确客观，而经验公式法中各项系数的确定与选择都较为主观，有所偏差。

基于ANSYS的直流励磁电机电磁场分析与计算

组。经过适当迭代后，过收敛求得节点磁位值，通过有限元通再后处理求得所需场量。
２实例分析
的励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流就是电枢电流，内部其其磁场随负载的变化而变化，利用传统磁路法对电机内部电磁场
电磁场分析问题是求解给定边界条件下的麦克斯韦方程组问题。电机电磁场分析采用比场量更容易建立边界条件的位函数（来进行分析计算。在二维电磁场中，面场域Ｑ内的电磁Ａ）平场问题转化为以下边值问题：
ｎ击卜：
转子结构尺寸及槽形数据：
Ｄ＝７（ａ５ｍｍ）
ＣＸ＝１
Ｄ＝１（Ｏｍｍ）９
Ｑ＝２９
Ｌ＝４（ａ０ｍｍ）ｇ＝０６（０ｍｍ）ｂ＝１（ｍｍ）ｈ２１１（２０．０ｍｍ）＝ｒ＝Ｏｍｍ）ｒ＝Ｏｍｍ）２１５（１２１５（２ｈ７０（＝０ｍｍ）ｈ＝（２０ｍｍ）
１２０
基于ＡＳＳ的直流励磁电机电磁场分析与计算ＮＹ
基于ＡＳ的直流励磁电机电磁场分析与计算ＳＮＹ
ＥｅｔＯＩｃｒｍａｎｔｉｌｎＳｒｓＥｃｔｄｇｅｉＦｅｄｉｅｉｘｉＤＣｃｅｅＭｏｏＢｓｄＯｓｓｔｒａｅＲＡｎｙ
分析不够准确。保证计算的准确，用有限元法对电机内部电为采

基于ANSYS的永磁同步电机的设计与仿真

侯鹏 1>2 ，周国鹏 2 ，万仁卓 1 ，周芳 2 ，周智 2
( 1 . 武汉纺织大学电子与电气工程学院，湖北武汉 430200; 2 . 湖北科技学院工程技术研究院，湖北咸宁 437100)
摘要：为了简化研发永磁电动机的设计周期，本文提出了一种基于 Ansys Maxwell软件 RMxprt电
态运行有限元计算与分析，验证了电磁设计的合理性，同时比较了基于磁路法 RMxprt的计算和
Maxwell2D有限元分析相结合的电机设计过程 Q结果表明，有限元分析法的精度优于磁路法，该分
元法对单相永磁同步电机进行了仿真研究。在国外，LiP〇等在文献[5]中应用场路耦合有限元法仿真了永磁同步电机的稳态运行性能，Gieras等在文
献 [6]中用有限元法计算了同步电动机的参数和性能，文中参数仿真能真实地反映负载时磁场的饱和程度。总之，国内外学者对各种电机电磁场性能仿真分析取得了一些成果，很明显利用有限元法分析电机磁场更精确，但利用有限元法分析各种电机模型还有待完善。
本文将采用有限元法对永磁同步电机（PMSM) 内部电磁场进行数值计算与仿真分析。首先基于 RMxprt模块建立永磁电机的数学模型，然后将 RMxprt模块生成的几何模型导入 Maxwell2D 模块，利用 Maxwell2D 模块对电机进行有限元仿真与分析，验证电机设计的合理性，并为进一步优化打下基础。

基于ANSYS的永磁直线同步电机的电磁仿真与分析

第１Ｏ卷
第２期
南京工程学院学报（自然科学版）
ＪｕｎｌｆＮｎｉｇＩｓｉｔｆｅｈｏｏｙＮａｕａｃｅｃｄｔｎｏｒａｏａｊｎｔｕｅｏｃｎｌｇ（ｔｒＳｉｎｅＥｉｏ）ｎｔＴｌｉ
Ｖｏ．０．．１１Ｎｏ２
ｕｉｇＡＮＡＳ，ａｆｉｌｍｅｔａａｙｉｓｆｒｅｔｏ．ＴｅｓｍｕａｉｎａｄａａｙｉｆｔｅＡＮＡＹｒｖｄｉｔｂｔｎｓｎＹＳｉｔｅｅｎｎｓｏｔｎｅｌｓｗａｏ１ｈｉｌｔｎｎｌｓｓｏｏｈＳＳｐｏｉｅｄｓｒｕｉｉｏ
ｃａａｔｒｔｓａｄｌｗｏｌｃｒｍａｎｔｅｄｆｔｅｉｎｒｓｅｏＭＬＭ．ＡｎｈｎｆｒｅａａｙｉｏＭＬＭｓｈｒｃｅｓｉｎａｆｅｅｔｉｃｏｇｅｉｆｌｓｏｈｎｅｉｆＰＳｃｉｄｄｔｅｏｃｎｓｓｆＰＳｉｌｃｎｕｔｄｂｄｐｉｇＭａｗｌｓｅｓｔｎｏｔｏｎｉｕｒｔｏ，ａｍｅｔｐｖｄｎｈｏｅｉａａｉｆｒｏｄｃｅｙａｏｔｘｅｌｔｓｅｓｒｍｅｈｄａｄｖｒａｗｏｋｍｅｈｄｎｒｔｌｉｄａｒｉｉｇａｔｅｒｔｃｂｓｓｏｏｌ
永磁直线同步电机是直接产生直线运动的电磁装置，它可以看成是从旋转电机演化而来，把旋转设想
电机沿径向剖开，并将圆周展开成直线，就得到了直线电机，Ｊ具有高速、高加速度、定位精度高和行程不

基于ANSYS的双凸极电机电磁场仿真

双凸极电机有三相６４、１／极和四项８６等。／极２８／极
１３双凸极电机的磁场计算【－２Ｊ
对双凸极电机进行静态电磁场进行分析，电磁场理论可知此问题中研究的磁场属于恒定磁场，由高斯定理可求得恒定磁场方程的微分
速特性［。１双凸极电机的结构和数据ＬＪ．２３
双凸极电机其定、转子的凸极均由硅钢片叠
图１６４凸极电机结构模型／双
压而成，定、转子极数不同。定子上装有简单的集中绕组。直径方向相对的两个绕组线圈相连接成为一相，转子没有绕组和永磁体。按相数分，双凸极电机有单相６４、１／极；按极对数分，／极２８
船电技术ｌ电机
足下面的式子，式中的为电场中的矢量函数
Ｂ＝一Ｖ＋Ｖ×Ａ（）３
２１模型假设．
在进行有限元分析时，考虑到电机的轴向长度远比气隙大；定子绕组是集中绕组，端部较短；定、转子铁心都是叠片结构，端部效应小。因此，选用二维有限元来计算电机磁场。现对电机做如下假设［：，］１由于求解区域有电流源存在，故采用矢）
ｂｓｃｌｏｓｓｅｔｔｘｒｍｅｔａａａｉａｌｃｎｉｔｎｈｅｐｅｉｎｔ．ｙｗｉｄ

ansys workbench电磁场仿真完整例子

IntroductionThe Magnetic Valve includes a fixed and a rotating part. The rotating body has to move, as quickly as possible, to rest in one of the 2 possible stop positions. Driving current patterns are the input to generate suitable torques. The customer experienced different performances of the valve for different current patterns: sometimes he got strong bumps on the mechanic stops and failures of the valve behaviour. the customer decided to commit a simulation of the magnetic and dynamic behaviour of the valve, instead to build a prototype.Analysis GoalThe goal is ton achieve measure of the Magnetic Torque, as function of current and rotation angle within a parametric approachOwner:EnginsoftUsage Restrictions:Freely available for useIndustry:AutomotiveApplication:ValvePhysics:ElectromagneticsProduct(s)/Version:ANSYS-v10.1Geometry Type(s):SolidGeometry Format(s): Design ModelerModel Size:147070 Nodes, 105742 ElementsElement Type(s): Edge 117Estimated Demo Time:15 Minutes to show, 12 minutes running timeCustomer:Competition:Comsol,AnsoftChallenge:Free accurate Mesh, Parametric Model, Non LinearMagnetic AnalysisKey Features Used:Sphere of influence for meshing, BH Non Linear Curvedata import, Parametric AnalysisSteps and Points to Convey.Picture Guide.Start ANSYS Workbench Environment, and choose “New Geometry”.Importing of external geometrySet the desired length unit: meters.01) Click “File > Open > Import External Geometry File”.02) Click on “Generate” in order to confirm the importation of the geometry.The geometry regards a magnetic valve.Steps and Points to Convey.Picture Guide.Create a Parametric, Relative Rotation between two groups of bodies01) Create a local coordinate system (plane 4) by clicking on the “New Plane” icon in the tool bar.02) In “Details of Plane4 >. Type” choose from face in order to select the surface of interest. 03) Choose the space to the right of “Base Face” in Details of Plane4 and select the surface indicated in light blue in the plot at right.The local coordinate system “Plane 4” is now visible, centered on a face vertex04) In “Details of Plane4 >. Transform 1 (RMB)” insert an offset along X axis of –0.00825 m.05) In “Details of Plane4 >. Transform 1 (RMB)” insert an offset along Y axis of 0.0015 m.06) Click Generate to create Plane4Create another plane (Plane5).07) In “Details of Plane5 > Type” choose from plane. Base plane should be set to Plane4.08) In “Details of Plane5 >. Transform 1 (RMB)” insert a rotation about Z axis of 30°. 09) Click Generate to create Plane5.Steps and Points to Convey. Picture Guide.The local coordinate system “Plane 5” is now visible.10) From the tool bar menu, select “Tools > Freeze”.The freezing operation is indicated when bodies are displayed with transparency.11) From the tool bar menu, select “Create > Body Operation” set “Type” to “Move” click on the box to the right of Bodies.12) Select the bodies highlighted at right (use the Ctrl button to select multiple entities) and click Apply.Steps and Points to Convey.Picture Guide.13) In “Details of BodyOp1” choose the box to the right of “Source Plane” and pick on Plane4 in the Tree Outline.14) In a similar fashion, set “Destination Plane” to Plane5.Then click on “Generate” to move the parts as shown at right.ENCLOSURE definition01) From the tool bar menu, select “Tools >Enclosure” in order to insert a control volume cylindrically shaped and aligned to Y axis. Set the Cushion to 0.0375 m and set “Merge Parts?” to “Yes”.02) Click Generate to create the enclosureIn the “Outline” tree the just created enclosure is now visible.Steps and Points to Convey Picture GuideEnclosure is visible in the “Model View”window.CREATE the WINDING COIL01) In the Tree Outline, Open “1 Part, 7 Bodies > Part”. RMB on the last Solid in the list and choose “Hide Body” in the drop down menu. This will allow access to the surfaces of the imported geometry for forthcoming picking operations.02) Create a new plane (Plane6)03) In “Details of Plane6 >. Type” choose “From Face”.04) Click on the box to the right of “Base Face” and select the surface shown at right.05) In “Details of Plane6 >. Transform 1 (RMB)” insert an offset along Z axis of –0.0231 m.Click on Generate to create Plane6.06) With Plane6 now active, go to the tool bar and choose “New Sketch”.07) Select “Sketch1” in the “Tree Outline”.Steps and Points to Convey Picture Guide Sketching mode for winding coil generation08) Pick the Sketching tab at the bottom of theTree Outline09) Select “Circle” in the “Draw” window andchoose the center (origin of Plane6) and anarbitrary poin some distance away from thecenter to create a circle.10) Pick the Dimensions button at the bottom ofthe Sketching Toolboxes pane and choose“Radius”.11) Click on the circle and another arbitrarylocation for the radial dimension marker.12) In “Details of Sketch1”, modify the radiusR1 to be 0.00775 m.The sketch is now visible in the “Graphics”window.13) From the tool bar select “Concept > LineFrom Sketches”. Choose the circle and clickApply in the box to the right of “Base Objects”in “Details of Line1”. “Operation” should be setto “Add Material”.Click Generate.14) Choose the Line Body in the Tree Outline.15) In “Details of Line Body” set:•“Winding Body > Yes”•“Number of Turns” = 1•“CS Length” = 0.022 m•“CS Length” = 0.00375 mSteps and Points to ConveyPicture Guide16) From the tool bar, select “View > Show Cross Sections Solids”. The new winding body should appear as it does in the figure to the right.ANGLE as PARAMETER01) In the “Tree Outline” select “Plane5”02) Make the rotation about Z axis as parameter by clicking on the box to the left of “FD1, Value 1”.03) Rename the parameter as “angle”.Steps and Points to Convey.Picture Guide.04) From the tool bar, select “Tools > Options>Common Settings>Geometry Import”. Remove “DS” from the field to the right of “Personal Parameter Key” to remove the DS prefix naming convention restriction for importing parameters. Click OK.GO IN SIMULATIONIn the “[Project]” window, select “New Simulation”.In the “[Simulation]” window, the “Outline” tree should be as in figure.Steps and Points to ConveyPicture GuideMaterials Properties DefinitionSelect “Data” in the tool bar to open the “[Engineering Data]” window.Materials Properties Definitionchange defaults of STRUCTURAL STEEL01) Select “Structural Steel” and click on “Add/Remove Properties” in the “Electromagnetics” field and unselect the following items:- “Relative Permeability” - “Resistivity”02) Check the box to the left of “B-H curve” and click OK.03) Say “Yes” to the “Remove Material Properties” box that appears.04) Open excel file “bh1.xls” and copy the two data columns (highlight them with the mouse cursor and type Cntl-C).Steps and Points to ConveyPicture Guide05) Click the icon depicting an xy plot to the right of “B-H Curve”06) LMB on the 2 (second row) of the “Magnetic Flux Density vs. Magnetic Field Intensity” table and press “Ctrl +V” to paste the two column data from the .xls file.07) Click on the B-H Curve icon at the lower right.The curve should appear as shown at right.NEW Material definition IRONRMB on “Materials (2)” in the tree and choose “Insert New Material”. RMB on “New Material”, choose Rename and change the name of the new material to Iron. Define BH data as before but this time use data from “bh2.xls” file.NEW Material definition NEODYMIUM01) Define a New material named “Neodymium”.02) Among Electromagnetics properties let active just: “Linear Hard Material”: 03) Insert the following data:• Cohercive Force: 7.9577 e5 A/m • Residual Induction 1.2 T01) Return to the Simulation Tab02) In the Outline Tree, open Geometry>Part and use the Cntl button to select both of the RIC9512_105 items. The parts should be highlighted as shown at right.03) In Details of “Multiple Selection”, changematerial from “Structural Steel” to “Iron”Steps and Points to ConveyPicture Guide04) Select the part shown at right.05) Change material from “Structural Steel” to “Neodymium”MESH01) Select the coil support solid (see figure)02) RMB on “Mesh” on the tree to insert a sizing control: Element Size 2e-303) Insert another sizing control , 1e-3, referred to 5 bodies as in the following picture. It may help to hide the 4th solid (the “air enclosure) in the Outline tree to simplify selecting these parts.Steps and Points to ConveyPicture Guide5 bodies for sizing setting n.204) In the Outline tree, RMB on Model and insert a “Coordinate Systems” branch. RMB on the Coordinate Systems branch and insert (define) a new Coordinate System. Choose “Origin” in the Details of “Coordinate System” pane, select the surface shown at right, and click Apply.05) RMB on Mesh in the Outline to insert a third sizing control:For “Type”, choose “Sphere of Influence”• Sphere Center: Coordinate System (defined just before) • Radius 1.5e-2 • Element size 5e-4Areas to be applied are the following (10 areas)Steps and Points to ConveyPicture Guide10 Areas where to apply the Sphere of Influence sizing control06) Click on Mesh -> Preview MeshThe Mesh should result as in figure, if the “Air” solid enclosure body is hideLOADSSet the Conductor Current value in details window related to “Conductor Winding Body”: 1000 ABOUNDARY CONDITIONSRMB on Environment in the tree and insert a Magnetic Flux Parallel object. Use the Cntl button to select the 3 exterior surfaces of the enclosure and click Apply.Steps and Points to Convey.Picture Guide.POSTPROCESSING SETTINGS01) Insert under the “Solution” tree the following output requests: • Total Flux Density • Total Flux Intensity 02) Select 3 bodies as in figure03) Insert a “Directional Force/Torque” output request with details:• In Details of “Directional Force/Torque” pane, change “Global Coordinate System” to “Coordinate System” (this is the user-defined coordinate system centered on the top surface of the permanent magnet).• Set Orientation to Y Direction (rotation axis)04) repeat Directional Force/Torque Request for both X and Z axis direction05) By a right click under the Solution Tree Insert a “Solution Information” request to monitor the run during the solutionSOLVE01) Highlight the Environment tree tosee/check all Boundary & Loads previously defined.02) Click on the “SOLVE” Icon to launchthe run.Solution times takes about 12 minutes on a 2.8 Ghz single processor 32bit PCSteps and Points to ConveyPicture GuideREVIEW RESULTS01) See the Total Flux of Magnetic results 02) Set up a Vector Image of the MagneticField03) After Vector Image settings show a Vector Plot of Magnetic Field03)See the Magnetic Force distribution, Yaxis direction, on the requested parts. 04)The same for X, Z directions05)Activate the view from Y Global Axis06)Define a “Slice Plane”07)Draw the slice plane trace at nearlyalong the Y global direction08)View from the X Global direction09)Activate “show elements” and show themagnetic fieldSteps and Points to Convey Picture GuideSET UP A PARAMETRIC ANALYSIS01) Click on “Model”02) Click on CAD Parameters Detail toactivate the “angle” as a parameter. Thiswill be the first INPUT parameter.03) Click on Environment and Duplicate byright click04) Activate the Conductor Current Value asparameter. This is the second INPUTparameter n.2.05) Activate the Torque value in Y directionas OUTPUT parameter (ThirdParameter)06)Click on “Solution” of Environment 2and then click on Parameter Manager 07)Set up many cases as you like, forexample with 4 current values, 3 values other than the previously solved.。

ansys电磁场仿真分析教程共428页文档

• 选择OK
• 选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）
1-14
• 定义衔铁为2号材料
• 选择OK
• 选择 Apply (自动循环地选择下一个材料号）
1-15
• 定义线圈为3号材料 (自由空间导磁率，MURX=1)
• 选择 OK
• 选择 OK (退出材料数据输入菜单）
1-16
• 建立衔铁面 Preprocessor>Create>Rectangle>By Dimensions
2.1-1 2.2-1 2.3-1 2.4-1 2.5-1
二维谐波和瞬态分析
第四章
第1节…………………………………………………………………………….…. 3.1-1 第2节…………………………………………………………………...………….. 3.2-1
三维电磁场分析
第五章
第1节…………………………………………………………………………...….… 4.1-1 第2节…………………………………………………………………….……….... 4.2-1 第3节………………………………………………………………….…..…….…. 4.3-1 第4节………………………………………………………………….……...……. 4.4-1 第5节…………………………………………………………………….…...……. 4.5-1
衔铁线圈
1-8
性质
柱体: μr = 1000 线圈: μr = 1
匝数:
2000
(整个线圈)
空激气励 :
μr = 1
线圈励磁为直流电流: 2 安培
模型轴对称
Y
材料号 2
衔铁长度=35

基于ANSYS的异步电动机电磁场分析

ｄｒｖｄｔｅｄｓｒｂｔｎｆｔｅｅｅｔｏｇｅｉｅｄａｄｔｕｒｎｔｏｈｔｔｒｕｄｒｔｅｎｏｌａｎｏｋｄｒｔｒｅｅｉｔｉｕｉｇｏｌｃｒｍａｎｔｃｆｌｎｈｅｃｒｅｆｔｅｓａｏｎｅｈ —ｏｄａｄｌｃｅｏｏ．Ｂｙｉｈｈｉｃｍｐｒｎｔｈｘｅｍｅｔｌｄａａ，ｈｅａｃｒｃｅｓｔｅｅｇｎｅｉｇｒｑｉｅｎｔａｄｖｒｆｓｔｅｒｔｎｌｔｆｆｏａｇｗｉｈｔｅｅｐｒｉｉｎａｔｔｃｕａｙｍｅｔｈｎｉｅｒｎｅｕｒｍｅｓ，ｎｅｉｈａｉａｉｙｏ — ｉｅｏｉ
（ｃｏｌｆｃａｉａＥｇｅｒｇａｄＡｔｍｔｎＦｚｏｎｖｒｔ，ｕｉｎ３００，ｈｎ）Ｓｈｏｏｈｎｃｌｎｉｅｎｎｕａｏ，ｕｈｕＵｉｅｉＦｊ５１８ＣｉａＭｅｎｉｏｉｓｙａ
ｔｅｉｄｕｔｏｔｒｏｇｎｈｐｎｄｃｒａｕａｉｎ，ｈｎｕｔｎｍｏｏｓａａｙｅｙｕｉｇｈｒｎｉｉａｉｎｈｎｃｉｎｍｏｏｓｃｇｉｇｓａｅａｏｅｓｔｒｔｏｔｅｉｄｃｉｔｒｗａｎｌｚｄｂｓｎａｍｏｃｓｍｕｌｔｏｏ
优化设计奠定基础。
关键词：步电动机；异场路耦合；电磁场；ＮＹＡＳＳ
中图分类号：Ｍ４Ｔ３３文献标识码：Ｂ
ＡｎｌｓｓｏｈｅｔｏａｎｔｃＦｉｌｆａｙｃｏｕｓＭｏｏｓｄｏａｙｉｆｔｅＥｌｃｒｍｇｅｉｅｄｏｎＡｓｎｈｒｎｏｔｒＢａｅｎＡＮＳＹＳＷＡｈｉａＣＮＤ — ｅＮＧＳｕ— ＨＥｅｗｉｆ

ANSYS仿真电磁系统温度场步骤

应用ANSYS对接触器电磁系统热场仿真步骤1、熟悉掌握ANSYS软件的基本操作。

2、建模(Modeling)。

通过ANSYS前处理器中的Modeling对电磁系统进行建模，可适当进行一些简化。

需要建一大的空气体将整个电磁系统包住。

3、选择单元(Element Type)。

ANSYS软件中SOLID97单元可以进行电磁场与温度场的顺序耦合，所以选择这个单元进行磁场的分析。

选择好单元后，进行自由度设置，这方面可以详细阅读ANSYS的help文件中关于SOLID97单元的介绍。

电磁系统中线圈是载压型线圈，它的SOLID97单元的自由度就应该选择AX、AY、AZ、CURR；其他部件为了进行涡流场计算，选择AX、AY、AZ、VOLT。

4、材料属性设置(Material Props)。

电磁系统中包含硅钢片、分磁环、线圈、骨架以及空气体，需对每个部分设置相应的材料属性。

本次分析涉及到的材料属性有相对磁导率、电阻率、热传导系数和对流散热系数，查阅相关材料手册获得这些参数。

对于受温度影响的参数需将其与温度变化的关系设置好。

5、对模型各部分赋相应的材料、坐标系、实参数(Meshing)。

对于线圈单元，需进行实参数定义，包括线圈横截面、匝数、体积、电流方向矢量、对称系数和填充系数（线圈体积可以通过建好的模型直接获得）。

线圈的单元坐标系必须为圆柱局部坐标系。

其他部分可以使用全局坐标系，不需要实参数。

6、划分网格(Meshing)。

具体如何划分需通过自己不断尝试。

网格划分越密，计算越精确，但计算速度很慢，对电脑内存要求很大，所以需不断调试。

7、耦合线圈单元CURR自由度(Coupling/Ceqn)。

选中线圈所有节点进行耦合。

8、加载磁场分析的边界条件和载荷(Loads)。

线圈电压加载在线圈单元上，电压大小为峰值，相角为0。

由于SOLID97单元是矢量法分析，因此在整个模型最外层表面施加磁力线平行的边界条件即可。

9、磁场分析选项设置，写入物理环境。

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electrostatic →2D quard 121→ok（设定内部单元类型）→ 6. (ANSYS Main Menu → preprocessor → element type → )add/edit/delete → add →
infiniteboundary→2D infquard 110→ok→option→AZ改为volt, 4noded quard改为 8noded→（设定外部无限单元类型）close→ 7. (ANSYS Main Menu → preprocessor → modeling → create → -Area- circle → partial annulus→wp x 1, wp y 0, rd-1 0, theta-1 0, rd-2 0.2, theta-2 180, apply→ wp x -1, wp y 0, rd-1 0, theta-1 0, rd-2 0.2, theta-2 180, apply→wp x 0, wp y 0, rd-1 0, theta-1 0, rd-2 5, theta-2 180, apply→wp x 0, wp y 0, rd-1 0, theta-1 0, rd-2 10, theta-2 180,ok（创建几何模型）→ 8. (ANSYS Main Menu→preprocessor→modeling→operate→-booleans- overlap→area
实验分为两步：第一步，按照给定步骤和给定参数上机操作；第二步，尝试改变某些参数，观察仿真结果的变化。
七、实验步骤
1. 开始→程序→ansys5.6→license status→server（等待）→quit（不能按其他选择） 2. 开始→程序→ansys5.6→interactive（出现界面）→run（出现界面）→ 3. ANSYS Main Menu（左侧主菜单）→preferences→electric（点击白框打勾）→ok（预
八、实验结果
仿真实验结果：
5
华北电力大学
1、网格剖分图
2、九色云图
6
华北电力大学
3、电位线分布
4、电位移矢量
7
九、思考题
华北电力大学
1．仿真过程中，采用 1/4 或者 1/2 平面建模，有何理论依据？因为整个平面中的电荷和电解质关于 1/4 或者 1/2 具有对称性，也就是说整个平面的电场、电位等关于 1/4 或者 1/2 平面对称。所以可以采用 1/4 或者 1/2 平面建模。
3
六、实验内容
华北电力大学
a
无限长圆柱导体
a
无限长圆柱导体
D
图 1 仿真计算模型（图中 a、D 可自定）
仿真实验包括静电场实验和恒定磁场实验，可任选一个。对于静电场实验，图 1 中两导体电位分别为 100V和-100V（可自定）；对于恒定磁场实验，图 1 中两导体电流密度分别为 10000A/m2和-10000A/m2。根据几何结构和源分布的对称性，仿真实验可选用 1/4 或 1/2 平面进行建模。
2．网格剖分的疏密程度对仿真结果是否有影响？试解释原因。
8
两个小圆缺口的内半圆，apply→apply→光标选中外半圆，ok→1 plane121 改为 2 infin110→ok（定义区域属性）→ 11. (ANSYS Main Menu→preprocessor)→mesh tool→lines set→光标选中外层两条弧线， apply→ndiv 50 →apply→光标选中外层扇形左右两条底边，apply →ndiv 1 → apply→光标选两小圆弧，apply → ndiv 20 →apply→光标选中两小圆弧之间的两条小线段，apply→ndiv 20→apply→光标选中两小圆弧与大扇形之间两条长线段，ok→ ndiv 20→ok→ 12. mesh tool菜单中选中quad 和 mapped，点击mesh →光标选中外部大扇形，ok（外部无限单元划网格）→ 13. mesh tool菜单中选中tri 和 free，点击mesh →光标选中有两个小圆缺口的内半圆， ok（内部有限单元划网格）→ 14. (ANSYS Main Menu)→solution→-loads- apply→-elecric- boundary→-voltage- on line→光标选中右小半圆，apply, 100，apply→光标选中左小半圆，ok, -100 ，ok（导体表面加电位）→ 15. (ANSYS Main Menu)→solution→-loads- apply→-elecric- flag→-infinite surf- on line→光标选中最外边的半圆，ok（无限边界加标志）→ 16. (ANSYS Main Menu)→solution→-solve- current ls→ok（求解，等待）→close（关闭黄框）→ 关闭status command文件（白框） 17. (ANSYS Main Menu)→general postproc→plot results→-contour plot- nodal solu →dof solution elec poten volt ok（显示电位 9 色云图）→ 18. emag 3d utility menu → plot ctrls → device options → shading win32 点击改为 contours win32c ， vocter mode off 点击改为 on, ok→ 19. emag 3d utility menu→plot ctrls→style→contours→uniform contours→ncont 100 ，ok（显示等电位线分布）→ 20. (ANSYS Main Menu)→general postproc→plot results→-vector plot-predefined→ flux and gradient→选择D或EF（箭头显示电位移矢量或电场强度）→ 21. emag 3d utility menu→plot ctrls→pan, zoom, rotate→（可以移动、放大、缩小图形） 22. ansys toolbar→选择quit-no save！ok→(退出ANSYS)
设问题归属）→ 4. ANSYS Main Menu→preprocessor→material props→-constant-isotropic→1→ok→
perx 1→ok（给定材料相对介电常数）→ 5. ANSYS Main Menu → preprocessor → element type → add/edit/delete → add →
华北电力大学
工程电磁场
基于 ANSYS 平台的电磁场数值仿真实验报告
院系：电器与电子工程学院学生姓名：明捷同组人：张尧指导教师：王泽忠实验日期：2012-6-13
专业名称：电气工程及其自动化学号：1101230117 实验台号：13 成绩：
华北电力大学
目录
一、实验名称：.......................................................................................................................3 二、实验目的...........................................................................................................................3 三、实验类型...........................................................................................................................3 四、实验仪器...........................................................................................................................3 五、实验原理...........................................................................................................................3 六、实验内容...........................................................................................................................4 七、实验步骤...........................................................................................................................4 八、实验结果...........................................................................................................................5 九、思考题...............................................................................................................................8
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华北电力大学
一、实验名称：
基于 ANSYS 平台的电磁场数值仿真
二、实验目的