电机电磁场的仿真分析 PPT
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ANSYS软件提供了两种工作模式,即人机交 互方式(GUI方式)和命令流输入方式(BATCH 方式)。
APDL是ANSYS参数化设计的语言,它是一 门可用来自动完成有限元常规分析操作或通过参 数化变量方式建立分析模型的脚本语言,用建立 智能化分析的手段为用户提供自动完成有限元分 析过程。
创建物理环境: /TITLE:定义分析标题 /UNIT:定义单位制 ET或KEYOPT:说明单元类型及其选项 LOCAL:定义单元坐标系 MP:定义线性材料特性 MPREAD:对导磁材料导入B-H曲线 R:定义实常数。可用来定义绞线圈的几何形状、
C
n
即磁场强度法向分量 H n已知。用 A 求解时,则
A C
周期性边界条件:由n 于电机旋转磁场呈周期性 分布,在一对极下电磁场分布正好是一个周期分布。
大家学习辛苦了,还是要坚持
继续保持安静
交界条件:电机常常由多层介质组成,两介质交界 面应满足下列条件:
电场强度切向分量相等,即 E1t ;E2t
ANSYS程序提供了丰富的线性和非线性材料的表 达方式,包括各向同性或各向异性的线性磁导率,材料 的B-H曲线和永磁体的退磁曲线。后处理功能允许用户 显示磁力线、磁通密度和磁场强度,并可以进行力、力 矩、源输入能量、感应系数、端电压和其它参数的计算。
ANSYS程序的电场分析功能可用于研究电场三个 方面的问题:电流传导、静电分析和电路分析。感兴趣 的典型物理量包括电流密度、电场强度、电势颁、电通 量密度、传导产生的焦耳热、贮能、力、电容、电流以 及电势降等。
电流密度法向分量相等,即 ; J1n J2n
交界面上无面电流层时,磁场强度的切向分量相等,
即 ;H1如t 果H2有t 面电流存在,则根据全电流定律,可
得
;H1t H2t J
磁通密度的法向分量相等,即 ; B1n B2n
矢量磁位的切线分量连续,即交界上满足 A1t 。A2t
非线性问题:
研究电磁场问题时,媒质的电磁性能参数 ,, 可能跟着场强变化而变化。
ANSYS程序进行电磁场分析的另一优点是耦合场 分析功能。磁场分析的耦合场载荷可被自动耦合到结构、 流体及热单元上。此外在对电路耦合器件的电磁场分析 时,电路可被直接耦合到导体或电源,同时也计及运动 的影响。
ANSYS程序中磁场分析的类型:
2-D(3-D)静态磁场分析:分析直流电或永磁体所产 生的磁场。
同步电机的主极磁场、极间漏磁场等属于恒定磁场。交 流电机定子槽内导体的涡流损耗、实心转子感应电机内的电 磁场问题等均属于时变电磁场问题。由于电机中的交变电磁 场频率很低,因此位移电流可以忽略不计,属于似稳电磁场 的范畴。
电机中的一切电磁过程都可以从麦克斯韦方程组出发进行分析。
lHdlsJdss D t ds
绕组特性以及描述速度效应等。
它表明了电磁性能关系, ,, 分别为电容 率、电导率和磁导率。对于线性媒质,它们是常 数;对于非线性媒质,它们随场强的变化而变化。
边界条件:
电机电磁场问题中,边界条件一般有一类、二类及周期
性边界条件,混合的三类边界条件很少遇到。
第一类边界条件:用标量位 求解时,边界上 为 已知值,
即
C
这时,边界上磁场强度的切向分量 H 为t 已知。当用矢量
在电磁场分析中要计算的量:磁通密度、磁场强度、磁力及 磁矩、阻抗、电感、能量损耗等
电磁场单元:PLANE13、PLANE53、CIRCU124、 SOLID96、SOLID97、PLANE121、INFIN9等。
电磁场分析的步骤:
– 创建物理环境; – 建立模型,划分网格,赋予特性; – 加边界条件和载荷; – 求解; – 后处理(查看计算结果)。
在磁场中,铁磁物质的磁化特性呈非线性关系, 磁导率 是磁 场强度或磁通密度的函数。
在研究涡流问题时,导电媒质的电导率 是随 着E , J 的值变化而变化,使 J E呈现非线性,此 时都应分别满足准涡流方程。
ANSYS磁场分析的有限元公式是麦克斯韦尔方程 组导出,计算的主要未知量(自由度)是磁势或磁通量, 其它磁场量则由这些自由度得来。
2-D(3-D)谐波磁场分析:分析低频交流电流或交流 电压所产生的磁场。
2-D(3-D)瞬态磁场分析:分析随时间任意变化的电 流或外场所产生的磁场。
电机内的磁场问题(例如气隙磁场、槽内磁场等) 大多可以简化成二维的情况,但是对于绕组端部电磁场 等问题由于其结构复杂则应采用三维场分析。
电磁场的源:电流、外加磁场、永磁体
铁磁介质在磁场中受到的力。如果媒质中有传导电流,相应的
边密度是 f (1,) 而非铁磁媒质在磁场中受力的体密度是
密度是
ff(1)f(2)JB2 r 1 B2
,f ( 则2 ) 总的力
在电机中计算磁场力时,通常可以把 f (忽2 ) 略掉。
结构方程: 表示场量之间关系的结构方程有:
D E , J E , B H
B
lEdlt st ds
sDdsvvdv
H J D t
E B t
Dvs Bds0源自B0电机中的电磁力:
电机中切向电磁力所形成的电磁力矩和电枢绕组中的感应电动 势,是实现机电能量转换的两个基本要素。电机中电磁力分两类:
载流导体在磁场内所受到的力。对于长度为的长直载流导线,
其力为:
F lidlB
电机电磁场的仿真分析
电机内的电磁场 ANSYS电磁场分析简介 一个应用实例
电机内的电磁场
电机内的电磁场从它的分布区域及其作用来看,大致可 分为:(1)气隙磁场;(2)凸极同步电机磁极间的漏磁场 或直流电机主磁极与换向极间的漏磁场;(3)槽内漏磁场; (4)绕组端部电磁场;(5)铁心中的磁场;(6)实心转 子中的电磁场等。按照是否随时间变化,电机内的电磁场可 分为:(1)恒定磁场;(2)时变电磁场。
磁位 A 求解时,边界上为已知值,即 A C
这时,边界上磁通密度的法向分量为已知。由于磁力线
即等 A 线,常可选择一条磁力线作为边界。恒定场中还可令其
为参考位(某一常数值或零)。在似稳交变场中,往往在给
定的周期性条件中实际上已给出参考位点。
第二类边界条件:即边界上的求解量法向导数
已知。用 求解时