ANSYS10.0软件在松耦合变压器中的三维仿真分析过程介绍
ANSYS电磁场分析指南第九章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。
ansys电磁场仿真分析教程-PPT精选文档
– 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.
衔铁
• 空气区:自由空间 (μr = 1) .
线圈
1-8
性质 柱体: μr = 1000 线圈: μr = 1 匝数: 2000 (整个线圈) 空气: 激励 μr = 1
• 选择 OK
1-33
•
进行计算 Solu>-solve-electromagnet>Opt & Solve
• 选择OK
这些适用于用BH 数据来进行的分析，本题将忽略
1-34
• 生成磁力线圈 Postproc>plot results>2D flux lines • 选择 OK
使用缺省设置，选择OK, （在通常情 况下，可这样做）
• 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)
“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
ANSYS10的重要新功能
ANSYS10的重要新功能作者：安世亚太延续了ANSYS一贯强大的耦合场技术，ANSYS 10.0新版本功能将灵活性和实践性相融合，在易用性、协同工作以及耦合技术（如流固耦合）等方面有很大提高。
ANSYS 10.0秉承Workbench主旋律，提供给用户可供选择的全自动或个人控制的强大分析软件。
ANSYS Workbench提供独一无二的环境，可以直接建立应力分析、电磁分析、计算流体动力学分析或多场耦合分析的模型。
通过CAD系统的连通性，可以将模型扩展到上、下游部件，最终完成整个模型的分析。
通过Workbench流程，空气动力学分析工程师可以进行CFD设计，同时确认结构特征，这将大幅度缩短设计流程，如图1所示。
图1 设计流程新版本在核心的网格处理技术上有较大增强，实现了在ANSYS Workbench各个应用程序间共享网格。
另外，双向参数互动的CAD接口的稳健性也得到了提高。
ANSYS ICEM CFD 10.0通过混合网格剖分新功能和CAD模型细节处理功能，提供了完整的一系列网格划分工具以模拟真实世界，如图2所示。
图2 网格划分和细节处理功能结合ANSYS CFX和涡轮专用的前后处理CFD功能，ANSYS 10.0版本提供了涡轮机械设计和分析完整的解决方案。
ANSYS 10.0加入了旋转机械和叶片设计工具，丰富了Workbench环境下的行业化功能，即ANSYS BladeModeler——针对旋转机械叶片构件的高效的三维设计工具，以及ANSYS TurboGrid——高质量的叶片设计六面体网格划分工具，如图3所示。
图3 旋转机械叶片构件在机械应用领域，ANSYS 10.0增加了旋转机械的陀螺效应，从而提高了ANSYS对涡轮机械和其他旋转结构的转子动力学分析的能力。
在转子结构的动力分析中，ANSYS现在可以通过CORIOLIS命令在静止/旋转参考系中考虑惯性效应，在具有不同角速度的多载荷步模态分析中，可以生成坎贝尔（COMPBELL）图显示自然频率的变化，如图4所示。
ANSYS模态分析实例和详细过程之欧阳道创编
均匀直杆的子空间法模态分析1.模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。
ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。
2.模态分析操作过程一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。
(1).建模模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。
(2).施加载荷和求解包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。
指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。
指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND.定义主自由度，仅缩减法使用。
ANSYS大型变压温度场的有限元分析
ANSYS大型变压温度场的有限元分析杨涛华北科技学院机电工程系材控B112班摘要：变压器是一种静止的电能转换装置，它利用电磁感应原理，根据需要可以将一种交流电压和电流等级转变成同频率的另一种电压和电流等级。
它对电能的经济传输、灵活分配和安全使用具有重要的意义；同时，它在电气的测试、控制和特殊用电设备上也有广泛的应用。
如何开发合适的温度场计算技术，准确地计算变压器在各种运行状态下内部线圈、结构件及铁芯等部位的温度，控制内部热点温度不超过其内部绝缘材料的许用温度，从而保证变压器的热寿命，提高变压器的安全可靠性，是企业急需解决的问题。
准确计算出变压器的平均温升和最热点温升，并合理地控制其分布，以满足标准要求，是保证变压器安全、稳定和高校运行的关键。
关键字：温度场;变压器；铁芯；有限元；ANSYS1引言变压器是电力网中的主要设备，其总容量达到发电设备总容量的5～6倍。
电力变压器的技术性能、经济指标直接影响着电力系统的安全性、可靠性和经济性。
随着科学技术的发展、生产技术的进步以及新型电工材料的开发应用，变压器的各项性能指标不断刷新，单机容量越来越大，变压器中的漏磁场也随之增大，引起了人们的关注。
在额定运行情况下，漏磁场的增强引起的变压器附加损耗的增加将直接影响变压器的运行效率和产品的竞争力。
严重的是，由于漏磁场在一定范围内的金属结构件中产生的涡流损耗不均匀，有可能造成这些结构件的局部过热现象。
变压器的容量越大，漏磁场就越强，从而使稳态漏磁场引起的各种附加损耗增加，如设计不当它将造成变压器的局部过热，使变压器的热性能变坏，最终导致绝缘材料的热老化与击穿。
在电力系统发生短路时，暂态短路电流产生的漏磁场还可能产生巨大的机械力，对其绝缘和机械结构造成致命威胁。
为了避免此种事故发生，必须对漏磁场进行全面的分析。
为此，对变压器运行的效率、寿命和可靠性提出了越来越高的要求。
变压器在220℃温度下, 保持长期稳定性，在350℃温度下, 可承受短期运行，在很广的温度和湿度范围内, 保持性能稳定，在250℃温度下, 不会熔融,流动和助燃，在750℃温度下, 不会释放有毒或腐蚀性气体。
ANSYS分析指南精华：耦合场分析
第四章耦合场分析耦合场分析的定义耦合场分析是指在有限元分析的过程中考虑了两种或者多种工程学科（物理场）的交叉作用和相互影响（耦合）。
例如压电分析考虑了结构和电场的相互作用：它主要解决由于所施加的位移载荷引起的电压分布问题，反之亦然。
其他的耦合场分析还有热-应力耦合分析，热-电耦合分析，流体-结构耦合分析，磁-热耦合分析和磁-结构耦合分析等等。
耦合场分析的类型耦合场分析的过程取决于所需解决的问题是由哪些场的耦合作用，但是，耦合场的分析最终可归结为两种不同的方法：序贯耦合方法和直接耦合方法。
序贯耦合解法序贯耦合解法是按照顺序进行两次或更多次的相关场分析。
它是通过把第一次场分析的结果作为第二次场分析的载荷来实现两种场1的耦合的。
例如序贯热-应力耦合分析是将热分析得到的节点温度作为“体力”载荷施加在后序的应力分析中来实现耦合的。
直接耦合解法直接耦合解法利用包含所有必须自由度的耦合单元类型，仅仅通过一次求解就能得出耦合场分析结果。
在这种情形下，耦合是通过计算包含所有必须项的单元矩阵或单元载荷向量来实现的。
例如利用单元SOLID5，PLANE13，或SOLID98可直接进行压电分析。
何时运用直接耦合解法或序贯耦合解法对于不存在高度非线性相互作用的情形，序贯耦合解法更为有效和方便，因为我们可以独立的进行两种场的分析。
例如，对于序贯热-应力耦合分析，可以先进行非线性瞬态热分析，再进行线性静态应力分析。
而后我们可以用热分析中任意载荷步或时间点的节点温度作为载荷进行应力分析。
这里耦合是一个循环过程，其中迭代在两个物理场之间进行直到结果收敛到所需要的精度。
直接耦合解法在解决耦合场相互作用具有高度非线性时更具优势，并且可利用耦合公式一次性得到最好的计算结果。
直接耦合解法的例子包括压电分析，伴随流体流动的热传导问题，以及电路-电磁2场耦合分析。
求解这类耦合场相互作用问题都有专门的单元供直接选用。
3。
ansys仿真分析演示版.ppt
.,
21
定义属性
为实体模型指定属性
1. 定义所有需要的单元类型,材料, 和实常数.
2. 然后使用 网格工具的“单元属 性” 菜单条 (Preprocessor > MeshTool):
对所有体 (或所有面)一次划分网格, 将优越于 一个一个地划分网格.
通过指定所有线上的份数决定单元的尺寸, 它可以考虑线的曲率, 孔洞的接近程度和其 它特征, 以及单元阶次.
智能网格划分的缺省设置是关闭, 在自由网 格划分时建议采用智能网格划分。 它对映射 网格划分没有影响
.,
28
网格划分
线尺寸
.,
26
网格控制
如图所示为采用不同的 SmartSize尺寸级别进行四 面体网格划分的例子.
高级的 SmartSize 控制, 如 网格扩张和过渡系数在 SMRT 命令 (或
Preprocessor > -Meshing-
Size Cntrls > -SmartSizeAdv Opts...)中提供.
4、梁单元建模时应当注意 截面方位 节点偏移 自由度的
释放
合
5、板单元：不同厚度的板单元连接时注意网格的结点是否重
定义单元属性
在实体模型上直接指定属性将不考虑缺省属性
模型中有多种单元类型， 实常数 和 材料 , 就必须确保给每一
种单元指定了合适的属性
划分网格前对每一个类型的实体分配正确的单元属性
部分常用单元
选择实体类型后按 SET键.
论变压器三维仿真软件的原理与用途
论变压器三维仿真软件的原理与用途【摘要】为了使变压器运行时的状态能更直观，清晰地展现在用户眼前，变压器三维仿真软件模拟进行了变压器空载、负载、短路等实验，获得了模拟仿真实验的结果，得到一系列变压器理想状态下运行的特性数据。
【关键词】变压器；三维仿真；模拟实验0 引言人类已经进入三维化科技时代，以往的二维视图和软件已经不能满足大众的视觉需求。
三维的软件以其清晰、一目了然、逼真的特点赢得了当今技术领域广泛的市场。
仿真软件则模拟了现场的工作环境，三维仿真技术也以操作简单越来越收到许多企业与科研单位的欢迎。
1995年，国家调度中心要求现有35kV-110kV变电站在条件具备时逐步实现无人值班变电站，新建变电站可根据调度和管理需要以及规划要求，按无人值班设计。
欲实现无人值班变电站，其中变电站的综合自动化程度很重要。
[1]以往变压器只有平面图，二维图，CAD图，电厂需要更加清晰的控制软件来模拟工作环境，更直观地反映变压器的工作状态，以便及时有效的对其状况作出反应，提高自动化程度。
我们设计的变压器三维仿真软件过程中所运用的几个软件包括fortran语言，VRP和3D MAX。
通过构建三维虚拟实验室场景，包括实验工作台，变压器设备，仪器仪表等，开发出一套可在计算机上运行的3D虚拟现实变压器实验场景，在场景中可进行空载、短路、负载实验，并在虚拟仪表盘上显示出实验数据。
本课题是基于变压器试验的可视化仿真平台，为保证项目能够顺利进行，试验人员必须具备较高素质，并进行相关方面的仿真培训。
1 变压器工作原理及其数学模型1.1 变压器基本原理现有最常见的变压器是油浸式变压器。
当变压器初级接入交流电源以后，在初级绕组中就有交流电流通过，于是在铁芯中产生交变磁通，它随着电源频率而变化，主磁通集中在铁芯内。
变压器通过初、次级绕组的磁耦合，把电源的能量传给负载。
再根据选择初、次级绕组的不同匝数比，就能实现升降压的目的。
[2]1.2 变压器试验数学模型1.2.1 变压器空载实验变压器的全部励磁特性是有空载试验确定的，进行空载试验的目的测量产品的空载损耗和空载电流，看其是否符合产品有关标准和技术条件要求；通过测最产品的空载损耗和空载电流发现铁心磁路中的局部或整体缺陷；根据高压绝缘试验前后测量的空载损耗比较，判断绕组是否有匝间短路情况。
基于ANSYS的松耦合变压器三维仿真研究
环 实 际尺 寸 可 建 立 三 维 模 型 。应 用 常数和单 元类 型等参数进行设置 。 Ａ ＹＳ ００的 Ｅ ｇ模 块 对 变 压 器 ＮＳ １ ． ｍａ 对 线圈 内阻 进行 电路 模型设 置 ，
１ｋ ｚ ０ Ｈ ，磁 环 中 间 气 隙 １ ｍｍ， 负 载 １０ ， ０ Ｑ ，在 一 个 正 弦 周 期 内用 １ ６个 载荷步 ，则 每个载荷 步 的时间间 隔为
６２ ｅ６ 。每个 载荷 步 又分 为 ５个 子 ．５ ．ｓ
进行 三维场 路耦合 仿真分 析 ，变 压器 电阻 的大 小由万 用表测得 。 物理模型如图 １ 所示 。分析过程如下 ： 次 级线 圈 加负 载 Ｒ３工作 型进 模型建立 完毕如 图 ３所示 。
圈实常数设置与材料 属性 设置如表 １ 、
表 ２ 。
建 立 电 路模 型
建立 独立 电压源 ，电压 设置为 正
弦电压源 。 并设置电压源的幅度 、 频率 、
实体 建 模
体 ，结 构 为 上 下 罐 状 磁 环 ，按 照 磁
松 耦 合 变 压 器 材 料 为 锰 锌 铁 氧 相位 等参 数。 建 立绞线 圈的 电路模 型 ，对 其实 图４ 磁 感 应 强 度 矢量 图
４
０
４
—
８
—
１２
—１ ６
．
１ ５ ２
．１ ０ ５
． ２ ６ ５
． ７ ８ ５
１． Ｚ５ Ｉ
Ｔ髓 Ｉ
图２ ＡＮＳ Ｓ－维 模 型 Ｙ －
图５ 次级负载感应电动势 曲线图
世 界 电 子 元 器 件 ２ １ ６ ｇｅ ｅ ｎｃｏｍ ０ ｃ．ｃｃ Ｏ．
影响松耦合变压器性能的参数分析
影响松耦合变压器性能的参数分析摘 要传统的电能传输主要通过导线直接进行，在一般环境下这种方式合理有效，被广泛采用。
但是在一些特殊场合，如易燃易爆场合和水下系统，这种电能传输方式的安全性难以得到保证。
非接触电能传输系统利用电磁感应耦合技术与电力电子技术，避免了电能传输过程中裸露导体或产生电火花的问题，实现了电能的安全传输。
松耦合变压器是非接触电能传输系统中的关键部分。
在简单地介绍松耦合变压器的基本结构及工作原理的基础上，给出了松耦合变压器的互感等效模型。
由松耦合变压器的特点，对影响松耦合变压器耦合系数的磁芯材料、绕组位置、气隙大小等因素进行了分析。
针对不同的应用场合，对原副边进行了补偿设计，提高了电能传输效率和减小了供电电源的电压电流定额。
关键词：非接触能量传输；松耦合变压器；耦合系数；原副边补偿装订线The analysis of the parameters for affecting the loosely coupledtransformer performanceABSTRACTMost electrical equipment get the energy through plugs from source, this kind of energy transmission system is efficient and accepted widely. But it is unsafe at the special circumstance such as undersea applications and flammable environments. This paper describes a contact less power transmission system using isolation transformer, which is spark free and no uncovered conduct being exposed to the environments.Loosely coupled transformer is a key part in contact less in ductile power transfer system. For this reason, the fundamental structure and work principle of the loosely coupled transformer are introduced, and the circuit model of mutual inductance is established. Factors that affect the coupling coefficients of the loosely coupled transformer are studied, including magnetic material, location of windings and the width of air gap. Due to the leakage inductances, compensation is necessary to achieve the required power transfer capability. The level of compensation and compensation to apologies are discussed. The design proposal for main parameters of the loosely coupled transformer is suggested.Key word s: inductive power transfer; loosely coupled transformer ; coupling coefficient; primary and secondary compensation1 绪论从1840年发现利用电磁感应原理和导线可以传输电能至今，电能的传输主要通过导线直接进行，但是这种传统的电能传输方式存在很多弊端，例如，水下工作系统、化工、矿业、石油领域等，在传统的电能传输过程中，由于导线的裸露，故存在摩擦、磨损、漏电、火花等不安全因素，极易引起短路或者爆炸；移动设备如电车采用的是滑动接触，在其充电时会存在滑动磨损、积碳、导体裸露和接触火花等问题[1-5]。
ANSYS10.0教程详解
第一章ANSYS的安装和配置 ANSYS程序包括两张光盘：一张是ANSYS经典产品安装盘，另一张是ANSYSWorkbench产品安装盘本章以ANSYS10．0为例介绍ANSYS的安装、配置、启动及ANSYS的相关知识。
第一节ANSYS的安装 一、安装ANSYS对系统的要求 安装ANSYS对计算机系统的要求如下。
1．硬件要求 ①内存至少256M； ②采用显存不少于32M的显卡，分辨率至少为1024x768，色彩为真彩色32位： ③硬盘剩余空间至少2G； ④安装网卡，设置好TCP／IP协议，并且TCP／IP协议绑定到此网卡上。
注意在TCP／1P协议中要设定计算机的hostname。
2．软件系统要求 操作系统为Windows2000或WindowsXP以上。
二、安装ANSYS前的准备工作 1．拷贝文件 先将安装光盘中MAGNITUDE文件夹拷入计算机中，如D：LMAGNITUDE，用Windows的记事本打开：~IAGNITUDE文件夹中的ansys．dat文件，该文件的第一行内容为"SERVERhostOOOOO(30000001055”，把host改为你的计算机名，如1wm是我的主机名，则host改为Ivan。
执行命令所有程序>附件，命令提示符进入DOS状态，键入1PCONFIG／ALL回车，所显示的physicaladdress即为网卡号，本例中计算机网卡的physicaladdress为000c6e10c8531055，则ansys．dat 文件的第一行内容修改为“SERVERlwm000c6e10c8531055”，以原文件名存盘退出。
2．生成许可文件 运行D：\MAGNITUDE文件夹中的keygen．bat文件，生成license．dat，该文件就是ANSYS的许可文件，将它存放在指定目录下永久保存，本例中存放在D：LMAGNITUDE文件夹中。
三、安装ANSYS ①将ANSYS的安装光盘放入光驱中，出现如图1-1的画面，选择Install ANSYS 10．0开始安装AHSYS10．0。
完整版电磁场对变压器ansoft仿真作业
电磁场仿真作业问题：利用Ansoft maxwell 14 进行变压器的仿真模拟，并且利用有限元方法对其进行剖分，求解磁感应强度B。
1、打开ansoft 软件，新建工程。
2、用maxwell 进行3D 作图，如下图所示。
首先绘制磁芯，如下图可以看到U 型薄片。
从上面菜单选择Draw\Sweep\Along Vector ，构成立体图形。
③选中磁芯，在左下方的属性栏中修改物体的材质，选中铁氧体（ferrite )④绘制绕组，先画出轮廓线⑤做矩形，在菜单栏中选择Draw\Sweep\Along path,绘制绕组，并且选择材料为铜copper。
⑥选中磁芯绕组最好绘制的矩形，做镜像复制。
再平移，完成变压器磁铁和绕组的绘制，如下图所示。
3、设置边界条件和激励源。
①建立有限元分析的边界，如下图所示②对绕组电流进行赋值，设置为8A4、用菜单栏，设置求解参数，3D仿真较慢，可以适当降低求解误差。
然后按叹号进行仿真。
5、仿真结果① 对绕组进行剖分单元，如下图所示②对磁铁部分进行剖分分析结果④磁感应强度B大小及其分布，仿真图如下图所示801152& e ■1/US7S3#3BLa.5SQ2-0BBL32 23&D0L 趴0M5SB3012.7687 C ■1.H2-期93&153B1i3Q2c8BLj.6614«30 L364563011.1077^304趴368帀33?5.5H04C30：2.77Ele302氛7B5&R^050 10⑤磁感强度 B 矢量仿真效果图如下图所示、⑥剖分各单元参数值。
⑦选择Mag_B就可以看磁密的情况B[rj1. ig.-S't'rr-Wl 1.Jlfi-rWI i・山"』ifij1舊观恤心上Hi«9SBl-W2T. SS5 £ 70 2h血静・-Qtt24aoar-o@J7±a eiT5i 強吕。
ANSYS10.0上机指南分解
“有限元法基础”有限元分析软件ANSYS10.0 上机指南目录Project1 简支梁的变形分析 (1)Project2 坝体的有限元建模与受力分析 (3)Project3 受内压作用的球体的应力与变形分析 (5)Project4 受热载荷作用的厚壁圆筒的有限元建模与温度场求解 (7)Project5 超静定桁架的有限元求解 (9)Project6 超静定梁的有限元求解 (11)Project7 平板的有限元建模与变形分析 (13)Project1 梁的有限元建模与变形分析计算分析模型如图1-1 所示, 习题文件名: beam。
NOTE:要求选择不同形状的截面分别进行计算。
梁承受均布载荷：1.0e5 Pa10m图1-1梁的计算分析模型梁截面分别采用以下三种截面（单位：m）：矩形截面：圆截面：工字形截面：B=0.1, H=0.15 R=0.1 w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2,t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.0071.1进入ANSYS程序→ANSYS10.0 →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: beam→Run1.2设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK1.3选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete… →Ad d… →select Beam 2 node 188 →OK (back to Element Types window)→Close (the Element Type window)1.4定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.1e11, PRXY:0.3→OK1.5定义截面ANSYS Main Menu: Preprocessor →Sections →Beam →Common Sectns→分别定义矩形截面、圆截面和工字形截面：矩形截面:ID=1,B=0.1，H=0.15 →Apply →圆截面：ID=2,R=0.1 →Apply →工字形截面：ID=3,w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2，t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007→OK1.6生成几何模型✓生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入三个点的坐标：input:1(0,0),2(10,0),3(5,1)→OK✓生成梁ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →lines →Straight lines →连接两个特征点，1(0,0),2(10,0) →OK1.7网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing→Mesh Attributes→Picked lines →OK →选择: SECT:1（根据所计算的梁的截面选择编号）；Pick Orientation Keypoint(s):YES→拾取：3#特征点(5,1) →OK→Mesh Tool →Size Controls) lines: Set →Pick All(in Picking Menu) →input NDIV:5→OK (back to Mesh Tool window) →Mesh →Pick All (in Picking Menu) →Close (the Mesh Tool window)1.8模型施加约束✓最左端节点加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement →On Nodes→pick the node at (0,0) →OK→select UX, UY,UZ,ROTX →OK✓最右端节点加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement →On Nodes→pick the node at (10,0) →OK→select UY,UZ,ROTX →OK✓施加y方向的载荷ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Pressure→On Beams→Pick All→V ALI:100000 →OK1.9 分析计算ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS→OK(to close the solve Current Load Step window) →OK1.10 结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results→Deformed Shape…→select Def + Undeformed→OK (back to Plot Results window) →Contour Plot→Nodal Solu →select: DOF solution, UY, Def + Undeformed , Rotation, ROTZ ,Def + Undeformed→OK1.11 退出系统ANSYS Utility Menu: File→Exit →Save Everything→OKProject2坝体的有限元建模与应力应变分析计算分析模型如图2-1 所示, 习题文件名: dam。
ANSYS电力变压器多物理场解决方案
Force distribution on “electric arc”
Initial pos. Initial pos. Final pos. Intermediate pos. Final pos. Intermediate pos.
25 © 2012 ANSYS, Inc. January 14, 2015
Oil
TV Ph LV Ph HV Ph A A A
19 © 2012 ANSYS, Inc. January 14, 2015
HV Ph LV Ph B B
TV Ph B
Core
变压器绝缘系统设计
• • • Voltage contours between windings Reduced E-field observed in pressboard collars Peak E-field occurs on corners of static plate
Voltage Plot
E-field Plot
20
© 2012 ANSYS, Inc.
January 14, 2015
变压器模型（静磁场）
Power Cell
VARIABLE AC OUT AC in from XFMR
Power transformer
Power Cell A1 Power Cell A2 Power Cell A3 Induction or synchronous Motor Power Cell B1 Power Cell B2 Power Cell B3
变压器油既是绝缘介质又是冷却介质； 变压器结构非常复杂，包含成百上千的导体、 支架、压板以及油路等； 变压器结构尺寸比较大，但导体里的透入深 度又比较小。导体中由于集肤效应和邻近效 应产生的涡流损耗会随着位置的不同而不同。 电力变压器是一个典型的复杂电磁场 -流体-热 多域耦合问题
非接触电能传输系统松耦合变压器传输效率分析
非接触电能传输系统松耦合变压器传输效率分析郭会平;张政;李斌【摘要】在非接触能量传输系统中，松耦合变压器是影响能量传输效率的关键因素之一。
对松耦合变压器的磁芯和线圈进行仿真建模，通过改变变压器磁芯和绕组的结构，可得到影响传输效率的关键因素。
针对 U 型磁芯和不同绕组形式传输效率较低的特点，提出了一种改进型变压器。
该变压器采用扁平 U 型磁芯和平面螺旋式绕组，仿真分析可得该改进型松耦合变压器结构可以大大提高系统能量传输的效率。
%In the contactless energy transmission system,loose coupling transformer is one of the key factors affecting energy trans-mission efficiency. The model of loose coupling transformer is established in this paper. By changing the structure of the magnetic core and winding,the main parameters which impact loose coupling transformer transmission efficiency have been analyzed. According to characteristics that transmission efficiency is low of the U type core and different winding form,the flat type core and plane winding is used to design loose coupling transformer. Through the simulation and comparison,the new loose coupling transformer structure can im-prove the system energy transfer efficiency greatly.【期刊名称】《河南工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P40-43)【关键词】非接触能量传输;松耦合变压器;传输效率【作者】郭会平;张政;李斌【作者单位】河南工程学院电气信息工程学院，河南郑州 451191;河南工程学院机械工程学院，河南郑州 451191;河南工程学院机械工程学院，河南郑州451191【正文语种】中文【中图分类】TM421传统的电能传输方式主要是通过导线实现的，在电能传输过程中易产生火花、电击、滑动磨损等问题，会对企业和人身造成危险.随着社会经济的飞速发展，传统的电能传输方式在易燃易爆、潮湿等恶劣环境中的应用受到限制，已不能满足这些场合的供电要求.因此，非接触电能传输(Contactless Inductive Power Transfer，CIPT)技术应运而生.CIPT技术克服了传统供电方式的缺陷，在水下作业、喷漆车间、医疗、交通运输、航空航天、钻井工矿和军事等领域有着广泛的应用[1-3].非接触式感应电能传输系统主要由高频逆变部分、松耦合变压器和整流滤波等构成.在整个非接触能量传输系统中，松耦合变压器是其核心组成部分[4-5].松耦合变压器原副边之间存在气隙，漏磁较多，耦合系数不高，所以对电能传输效率有较大的影响.分析了影响常规变压器传输效率的主要因素，在此基础上提出了一种改进型变压器，通过仿真实验证明了改进型变压器能够大大提高传输效率.磁芯是松耦合变压器重要的组成部分，选择合适的磁芯材料是提高传输效率的途径之一.松耦合变压器磁芯要求具有较高的磁感应密度、磁导率、居里温度及较低的铁损和合适的尺寸等.软磁铁氧体材料具有高频损耗小、抗涡流电阻率高、绕组的耦合特性好、成形方便、化学特性稳定、不易生锈等特点，故得到了广泛应用[6].松耦合变压器原副边之间存在气隙，会产生很多漏磁，从而影响变压器的耦合系数.气隙越大、耦合系数越小，变压器的传输效率也就越低.变压器原副边的耦合系数可表示为[7].对U型磁芯进行仿真，图1为U型磁芯松耦合变压器的示意图.图1(a)中绕组缠绕在变压器磁芯的底部，图1(b)中绕组缠绕在变压器磁芯的端部.在Ansys软件中建立松耦合变压器的模型并进行仿真，图2给出了U型磁芯变压器绕组放置在端部时的磁力线分布.图2(a)是端部绕组在气隙为1 mm时的磁力线分布，图2(b)是端部绕组在气隙为2 mm时的磁力线分布.对比两幅图可以清楚地看到，当气隙增大时，原副边之间交链的磁力线有所减少，漏磁明显增多，导致传输效率较低.针对U型磁芯变压器，绕组放置在磁芯端部时，其传输效率与气隙间的关系如图3所示.从图3中可以清楚地看到，随着气隙的增大，传输效率降低，这主要是由于松耦合变压器的耦合系数逐渐降低导致的.图4给出了松耦合变压器的原副边绕组的两种放置方式.图4(a)是将绕组放置在磁芯的底部，图4(b)是将绕组放置在磁芯的端部.采用U型磁芯变压器，针对不同绕组放置方式下的磁场分布和磁力线走向进行分析.图5给出了U型变压器不同绕组位置的磁场分布图(气隙都为1 mm时).其中,图5(a)是绕组放置在磁芯端部时的磁力线分布，图5(b)是绕组放置在磁芯底部中心位置时的磁力线分布.对比可以看到，图5(a)中的漏磁比图5(b)少，即绕组放置在磁芯的端部时，U型磁芯原副边之间通过的磁力线较多，漏磁较少，耦合系数较高.这说明绕组放置位置的不同，会影响松耦合变压器的耦合系数.图6所示是绕组均放置在端部、气隙大小相同、线圈的有效面积不同时的磁力线走向.图6(a)是线圈有效面积较小时的磁力线分布，图6(b)是线圈有效面积较大时的磁力线分布.对比两图可以看出，在相同气隙时，采用图6(a)的绕组方式时漏磁较多；采用图6(b)的绕组方式时漏磁较少，耦合系数会相应提高.这表明在相同的气隙时，原副边绕组间的有效面积增加，可以产生更多的磁力线垂直通过原副边绕组，漏磁较少，能有效地提高耦合系数，进而提高系统的传输效率.综合以上仿真结果可以看出，气隙大小和绕组的放置方式对传输效率都有影响.变压器原副边之间的气隙越大，传输效率越低；原副边绕组的有效面积越小，会导致耦合系数变小，进而降低传输效率.由此得到启发，从改进松耦合变压器的磁芯形状和绕组的绕制方法入手，提出了一种采用扁平式磁芯和平面式绕组的松耦合变压器.绕组做成平面式放置在扁平U型磁芯的凹槽面上，有效面积得以增加，可以使更多的磁力线在原副边绕组之间垂直通过，减少漏磁，提高系统的传输效率.变压器磁芯采用AP法设计，即求出磁芯的窗口面积AM和磁芯的有效截面积AC 的乘积，计算公式为 .式中，P为变压器的计算功率；B为磁芯的工作磁感应密度；f为开关工作频率； j为线圈的电流密度，一般变压器可取2~4 A/mm2；η为变压器的效率；KC为磁芯的填充系数，对于铁氧体可取KC=1；KM为窗口的填充系数，一般取典型值0.4，K为KC与KM的乘积.变压器绕组由初级和次级绕组组成，根据经验公式可得到变压器的绕组匝数.式中，Vp为原边绕组电压；ton为导通时间；ΔB为导通期间磁感应强度的增量，为了防止线圈饱和，ΔB一般取0.2~0.3；AC为磁芯的有效截面积.在满足设计要求的同时，采用扁平U型磁芯要考虑足够的裕量，采取最大的磁芯面积，将原副边绕组放置到有效的位置上，使原副边绕组接触得比较紧密，增大横截面积，故原副边匝链的磁力线增多，耦合系数变大.松耦合变压器磁芯形状和绕组缠绕方式如图7所示.将磁芯设计成扁平U型，平面式绕组放置在U型磁芯的凹槽内，使变压器原副边之间的有效面积增加.通过GUI方法对实体模型自上而下建模，得到了模型的二维图形.然后，对模型进行网格划分.Ansys软件的网格划分有自由网格划分和映射网格划分两种，本设计采用自由网格划分.扁平U型磁芯的网格划分如图8所示.对新型U型松耦合变压器原副边气隙为1~8 mm时分别进行仿真，得到其磁力线的走向分布图.图9(a)是气隙为1 mm时的磁力线分布，图9(b)是气隙为2 mm时的磁力线分布.由图9(a)和(b)可以看出，改进后的新型变压器的磁力线密度远高于普通U型变压器，这是由于原副边之间耦合系数的增大所致.分析可知，和普通U型磁芯相比，扁平U型磁芯中的原副边绕组间通过的磁力线较多.普通U型磁芯由于磁芯柱较长，一部分磁通在磁芯柱中流失，降低了原副边之间的耦合系数，导致了传输效率的降低.另外，对原副边绕组的电路分析发现，在相同输入电流的条件下，扁平U型磁芯副边的电压电流要高于普通U型磁芯.图10为普通U型磁芯变压器及新型变压器的效率分布.由图10可以看出，随着气隙的增大，变压器的传输效率降低.采用改进的新型变压器后,耦合系数得到了提高，传输效率也得到了明显提高，曲线也更加平缓.利用Ansys软件对松耦合变压器进行了有限元仿真分析，得到了影响松耦合变压器传输效率的关键因素;对松耦合变压器的磁芯形状和绕组的绕制方法进行了改进,采用扁平U型磁芯和平面式绕组，磁芯面积得到了一定的增加，有效地提高了松耦合变压器的耦合系数和系统的传输效率，得到了传输效率较高的变压器结构.【相关文献】[1] 詹厚剑，吴杰康.非接触感应电能传输系统松耦合变压器参数设计[J].现代电力，2009(2)：40-44.[2] STANIMIR V,SENIOR M.Resonant contactless energy transfer with improved efficiency[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2009，24(3):685-699.[3] 武瑛，陆严光，黄常纲.新型无接触电能传输系统的性能分析[J].电工电能新技术，2003，22(4)：10-13.[4] 姜田贵，张峰，工慧贞.松耦合感应能量传输系统中补偿网络的分析[J].电力电子技术，2007，41(8)：42-44.[5] 庞明鑫，高晓旭.松耦合感应式电能传输技术的应用研究[J].机械工程与自动化，2010(10)：121-126.[6] 周静，安慰东.提高感应电能传输效率的研究[J].电子测试，2010(1)：5-10.[7] 韩亚荣，熊小娟，张琦，等.非接触式电能传输系统的松耦合变压器特性分析[J].中国制造业信息化，2007(15)：55-57.。
MATLAB变压器仿真讲解
扬州大学专业软件应用综合设计报告水能学院13级电气专业题目变压器综合仿真设计二学生某某某学号131504207指导教师张建华2015年12月30日目录一、设计题目 (2)二、正文 (2)1、引言 (2)2、设计依据及框图 (3)2.1 设计平台 (3)2.2 设计思想 (4)2.3 设计结构框图或流程图 (6)2.4各模块功能简介 (6)3、软件调试分析 (10)4、结语 (23)5、参考文献 (25)6、致谢 (25).变压器综合仿真设计二摘要：随着变压器技术的进步，传统仿真已经受到了很大的限制。
并且当下要推动变压器技术的发展，已经不能再依靠传统仿真。
因此，对于变压器的计算机仿真技术势在必行。
本为通过MATLAB软件，对变压器的运行特性进行了仿真。
主要仿真的内容包括：变压器磁路电流畸变以及变压器负载运行特性曲线研究。
仿真所用到的方法为数值计算方法，通过插值的方法实现了对曲线的拟合。
仿真时，结合实际情况可输入不同参数便于研究。
文中给出了各种运行特性的仿真结果图，并且结合理论对其做了简单的分析，验证了仿真方法的准确性和可行性。
关键字：变压器；MATLAB仿真分析；曲线拟合1 引言设随着科学技术进步，电工电子新技术的不断发展，新型电气备不断涌现，人们使用电的频率越来越高，人与电的关系也日益紧密，对于电性能和电气产品的了解，已成为人们必需的生活常识。
变压器是一种静止的电气设备，它是利用电磁感应原理把一种电压的交流电能转变成同频率的另一种电压的交流电能，以满足不同负载的需要。
在电力系统中，变压器是一个重要的电气设备，它对电能的经济传输，灵活分配和安全使用具有重要的作用，此外，也使人们能够方便地解决输电和用电这一矛盾。
由于计算机仿真技术的出现，传统的物理仿真系统逐渐的被计算机仿真系统代替。
计算机仿真系统所具有的效率高、精度高、重复性和通用性好、容易改变仿真参数等优点，还可以实现物理仿真无法实现的有危险性的或者是成本昂贵的仿真。
利用有限元软件ANSYS计算变压器内部电磁场分布
利用有限元软件ANSYS计算变压器内部电磁场分布作者：王妍来源：《科技资讯》 2011年第28期王妍(山东省电力学校山东泰安 271000)摘要:在有限元技术日趋完善的今天,随着计算机技术的普及和计算机速度的不断提高,有限元在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视,已经成为解决复杂的工程分析问题的有效途径。
作为有限元的技术载体的有限元软件也逐步成熟。
本文主要介绍了有限元软件ANSYS的特点及在工程电磁场中的使用方法。
本论文利用有限元软件ANSYS计算了变压器电磁场。
经过本次分析验证,有限元软件ANSYS是计算电磁场的可靠软件,大大提高了计算速度,并可以进行可视化图形的显示。
关键词:软件ANSYS 特点变压器有限元有限元软件ANSYS 变压器电磁场中图分类号:TM4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)10(a)-0133-01电场和磁场计算是计算电磁学的两个分支。
通常认为电场计算比磁场计算容易,主要原因是:第一,至少在低频情况下,电场的描述只用一个标量位即可;第二,电场计算一般均为线性问题。
与电场数值计算相比,磁场的数值计算[2]要复杂得多,主要原因是由于控制方程复杂,材料各向异性和非线性。
磁场数值计算方法可以从多种角度予以分类。
从磁场控制方程出发,有微分方程法、积分方程法及微分积分方程法,从数值离散方法出发,有边界元法、有限元法及有限差分法等;从求解变量的类型出发,有标量位、矢量位和高阶矢量位。
1 有限元法的概念有限元法亦称为有限单元法或有限元素法,是数值计算中一种重要近似方法,其基本思想是:运用离散化的概念,将连续介质或结构划分成许多有限大小的字区域的集合,把每一个字区域称作单元和元素,将单元的集合称为网络,则实际的连续介质(或实际结构)可以看作这些单元在他们的节点上相互连接而组成的有效集合体,这是求解的基本方程将是一个代数方程组,从而将求解描述真实连续场变量的微分方程组简化为求解代数方程组,得到近似的数值解[3]。
基于ANSYS的松耦合变压器三维仿真研究
基于ANSYS的松耦合变压器三维仿真研究当今变压器领域已经发展到很成熟的阶段，轻量、高效、高密度是当今变压器发展目标。
在变压器产品研发中，利用有限元仿真软件，可以方便地改变变压器的结构参数，观察这些参数对变压器的影响。
ANSYS是世界上著名的大型通用有限元分析软件,也是中国用户最多、应用最广泛的有限元分析软件,它融结构、热、流体、电磁、声学等专业的分析于一体,可广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、航天航空、汽车交通、电子、土木工程、水利、铁道等各种工业建设和科学研究。
引言作为旋转导向智能钻井系统核心部件的可控偏心器，其原理是利用电机泵产生推动翼肋伸缩的动力, 当采用电机泵动力时，电机泵的能量来源于井下涡轮发电机。
由于可控偏心器的机械结构决定了电机泵要安装在不旋转套上，而发电机要安装在旋转的主轴上，这样就涉及到旋转和不旋转之间的能量传输问题。
以前一直采用的是接触式滑环能量传输方式,由于接触式滑环存在安装不方便、旋转时易磨损、易受到井下钻井液、水的腐蚀以及泥浆的影响等缺陷,迫切需要一种新的非接触式能量传输方式——松耦合电能传输技术。
作为松耦合电能传输技术的核心部分——松耦合变压器，对它的研究则显得尤为重要。
对于井下恶劣的环境以及空间等各方面因素的限制，我们对松耦合变压器的研究存在较大困难，而ANSYS的实体建模能力可以快速精确地模拟三维松耦合变压器。
ANSYS三维仿真无论是建模、网格划分还是后处理，都有它自己独特的优点，尤其是在后处理中，可以观察出各个方向的电磁力、磁感应强度、磁动势等。
下面就介绍ANSYS10.0软件在松耦合变压器中的三维仿真分析过程。
松耦合变压器的ANSYS三维仿真针对松耦合变压器，我们采用了磁矢量位方法进行仿真。
磁矢量位方法（MVP）是ANSYS 支持的三维静态、谐波和瞬态分析的两种基于节点分析方法中的一个。
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ANSYS10.0 软件在松耦合变压器中的三维仿真分析
过程介绍
当今变压器领域已经发展到很成熟的阶段，轻量、高效、高密度是当今变压器发展目标。
在变压器产品研发中，利用有限元仿真软件，可以方便地改变变压器的结构参数，观察这些参数对变压器的影响。
ANSYS 是世界上着名的大型通用有限元分析软件，也是中国用户最多、应用最广泛的有限元分析软件，它融结构、热、流体、电磁、声学等专业的分析于一体，可广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、航天航空、汽车交通、电子、土木工程、水利、铁道等各种工业建设和科学研究。
引言
作为旋转导向智能钻井系统核心部件的可控偏心器，其原理是利用电机泵产生推动翼肋伸缩的动力，当采用电机泵动力时，电机泵的能量来源于井下涡轮发电机。
由于可控偏心器的机械结构决定了电机泵要安装在不旋转套上，而发电机要安装在旋转的主轴上，这样就涉及到旋转和不旋转之间的能量传输问题。
以前一直采用的是接触式滑环能量传输方式，由于接触式滑环存在安装不方便、旋转时易磨损、易受到井下钻井液、水的腐蚀以及泥浆的影响等缺陷，迫切需要一种新的非接触式能量传输方式松耦合电能传输技术。
作为松耦合电能传输技术的核心部分松耦合变压器，对它的研究则显得尤为重要。