ANSYS低频电磁场的场路耦合分析功能

rh=dh/2/1000 ! 转子轴向孔半径,转化为国际单位制
!
!定义定子槽尺寸参数
!(如果采用与前面一样的方式,这些数据也可以由菜单界面输入)
!
ss_h=72/1000 !槽高,转化为国际单位制(下同)
ss_w=17/1000 !槽宽
ss_ci=2/1000 !绕组层间绝缘厚度
ss_turn=48/2 !定子每个绕组导线根数
mp,rsvx,2,0.0434e-6 !导体电阻率
mp,murx,3,1 !导体导磁率,用于转子导条
mp,rsvx,3,0.0434e-6 !导体电阻率
!
!mp,murx,4,2000 !调试程序时,用线性材料,省时间些
tb,bh,4,,18 !铁芯,输入BH曲线
tbpt,,31.85,0.1
!!! !!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
finish
/clear
*cset,16,18,d4, 'Diameter of Rotor Axis(mm)', 280 !转子轴直径
multipro,'end'
r1=d1/2/1000 ! 定子外半径,转化为国际单位制
r2=d2/2/1000 ! 定子内半径,转化为国际单位制
gap=gap/1000 ! 定转子间气隙高度,转化为国际单位制
感应电机场路耦合分析应用实例
4、 两极三相感应电机场路耦合分析应用实例
在电机设计中，有大量的经典设计程序可以利用，这些经典程序都是基于磁路的方法，但由于非线性（铁芯饱和）及结构复杂性等因素的存在，磁路计算无法得到准确的结果，包括定子槽漏抗、励磁感抗、转子槽漏抗等等，而基于有限元方法的场分析对于这些参数的计算就很有优势。从另外一个方面，电机的端部由于其联线方式的复杂性，用场分析的方式基本上没有办法实现，只有采用路来代替，而路的参数（比如端部阻抗和漏抗等）可用经典电机设计程序计算（由于端部不存在铁芯影响，经典计算很准确）。这种现代计算方法与经典计算方法的结合、场分析方法与路分析方法的结合，双方优势互补，可以获得高精度的计算结果。相应的分析过程、程序设计和使用说明如下
et,4,53,0 !AZ自由度,用于铁芯区域
!
r,2,care1,turn1,leng1,,fill1 !定子线圈单元的实常数
r,3,care2,leng2,, !转子导条单元的实常数
!
!定义材料参数
mp,murx,1,1 !空气导磁率,用于空气和绝缘
mp,murx,2,1 !导体导磁率,用于定子线圈
tbpt,,189.5,1.2
tbpt,,262.7,1.3
tbpt,,429.9,1.4
tbpt,,995.2,1.5
tbpt,,2547.8,1.6
/uis,msgpop,3
/prep7
csys,0
btol,1e-10
*afun,deg
multipro,'start',6
*cset, 1, 3,d1, 'Outer Diameter of Stator(mm)',950 !定子外直径
*cset, 4, 6,d2, 'Inner Diameter of Stator(mm)',520 !定子内直径
sr_w32=12/1000 !槽底宽
sr_cll=690/1000 !导条轴向长度(直线段长度)
!
!!!!!sr_ci=4.8/2/1000 !槽绝缘厚度
!
!
!计算定子线圈参数,用于单元实常数定义
care1=ss_ch*ss_cw !绕组横截面积
turn1=ss_turn/ss_cln !绕组匝数(注意,要除以并绕根数!)
*cset, 4, 6,dhole, 'Main Diameter of Holes', 395 !转子轴向孔圆心处的直径
*cset, 7, 9,dh, 'Hole Diameter',20 !转子轴向孔本身的直径
multipro,'end'
rhole=dhole/2/1000 ! 转子轴向孔圆心处的半径,转化为国际单位制
!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!! !!!!!
!!! (第一段程序) !!!!!
对于三维场路耦合分析，场分析模型中的每一个电路耦合绞线圈（97号单元的Keyopt(1)=3）上，必须耦合所有节点的电流自由度（CURR）和电动势自由度（EMF）。在定义电路中的绞线圈单元（124号单元的Keyopt(1)=5）时（此时该单元共有I、J、K三个节点），其K节点必须为场模型中相应绞线圈上的一个节点。三维块导体的定义和联接要稍微麻烦些，首先，场模型中的块导体上，其两个与路联接的端面需分别设置场路耦合界面标志（MCI分别等于+1和-1）；其次，在定义电路中的块导体单元（124号单元的Keyopt(1)=7）时（此时该单元共有I、J、K、L四个节点），其K节点必须为前面MCI=-1的那个面上的一个节点，其L节点必须为前面MCI=+1的那个面上的一个节点；最后，再进行一系列自由度耦合操作：一是耦合电路单元的I节点和K节点所在面上所有节点的电压自由度（VOLT），二是耦合L节点所在面上所有节点的电压自由度（VOLT）（注意此处不含电路单元的J节点），三是分别耦合K节点和L节点所在面上所有节点的电流自由度（CURR）。
1、 择合适的单元
对于场路耦合分析，场分析模型中有两种类型的终端条件实现与电路的联接：电路供电绞线圈和电路供电块导体。在二维状态下，场分析中与电路联接的部分必须用53号单元，而三维时必须用97号单元，这两种单元的第一关键选项设置为3时，表示电路供电绞线圈，其第一关键选项设置为4时，表示电路供电块导体。在路分析模型中的124号电路单元里，也有两种类型的单元选项与上面两种形式对应，以实现“联接”，当其第一关键选项设置为5时，为二维或三维绞线圈单元，设置为6时，为二维块导体单元，设置为7时，为三维块导体单元。当这些电路单元的类型设置与场单元的一致、并共享某些节点后，即实现了联接，如下所述。
leng1=ss_cll !绕组轴向长度
fill1=(ss_clw*ss_clh)*ss_turn/care1 !绕组填充系数
!
!计算转子导条参数,用于单元实常数定义
hh=sr_h3-2*sr_ci !梯形导条高度
ww1=sr_w31-2*sr_ci !梯形导条上底宽
ww2=sr_w32-2*sr_ci !梯形导条下底宽
r3=r2-gap ! 转子外半径,转化为国际单位制
r4=d4/2/1000 ! 转子轴半径,转化为国际单位制
delta=gap/1e5 !一个用于确定选择区域的极小量
multipro,'start',3
*cset, 1, 3,nhole, 'Hole Number of Rotor', 20 !转子轴向孔的数目
ss_cw=(ss_clw+ss_cli)*ss_cln !每个绕组宽度
!
!定义转子槽尺寸参数
sr_h1=7/1000 !小缝高度
sr_w1=2/1000 !小缝宽度
sr_h2=14/1000 !中缝高度
sr_w2=7/1000 !中缝宽度
sr_h3=30/1000 !槽高
sr_w31=17/1000 !槽顶宽
*cset, 7, 9,gap, 'Gap between Stator and Rotor(mm)',5.5 !气隙高度
*cset,10,12,nslots,'Slot Number of Stator',48 !定子槽数
*cset,13,15,nslotr,'Slot Number of Rotor', 40 !转子槽数
3、 其它部分的模型建立
前面已讲了场路耦合分析中的最重要部分：如何实现场模型与路模型的联接。一旦联接完成，其它部分的模型就可很方便的建立了，比如电阻、电感、电源等其它电路元件，利用ANSYS的专用电路建模程序，直接建立即可。需要指出的是，对于场分析模型而言，坐标的概念很重要，这一点不言而喻；而对于路分析模型而言，其节点或单元坐标没有什么实际意义，重要的是路的联接关系。因此，在定义电路单元的节点时，其坐标值原则上可以任意设定，但为了在图形显示中观察起来更方便，定义电路单元的节点坐标可遵循一定的规则，比如，对于二维场路耦合分析，电路绞线圈单元的I和J节点的X和Y坐标可以设置为其K节点的X和Y坐标（K节点是场模型上的一个节点），而I、J节点的Z坐标可分别设为+z和-z（此处，z为一任意值），这样，场路模型的耦合关系在图形显示上就非常直观了，余者类推。这样的模型建立方式通过ANSYS的APDL语言可以很方便地完成。
tbpt,,45.28,0.2
tbpt,,55.73,0.3
tbpt,,64.49,0.4
tbpt,,72.45,0.5
tbpt,,76.83,0.6
tbpt,,79.62,0.7
tbpt,,87.58,0.8