ANSYS仿真电磁系统温度场步骤教学文案

A N S Y S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。定义为谐波分析，设置分析频率。设置好后写入磁场分析物理环境文件中。

10、清除磁场分析的边界条件和载荷。进行单元转换，将原来单元转换为热场分析单元SOLID70。

11、加载热场分析的载荷和边界条件。通过坐标的面选择方式，选中与空气有接触的面，加载相应的水平热对流散热系数或垂直热对流散热系数。在空气体最外层表面施加温度边界条件，定义为室温。

12、热场分析选项设置，写入物理环境。定义为瞬态分析，设置好载荷步、输出步长等。写入热场分析的物理环境文件中。

前面这些操作可以先通过GUI操作进行，软件会自动生成相应的APDL命令流，可以查看Session Editor获得。将这些命令流存入文本文件中，之后只要通过输入命令流就可以完成一系列操作。然后开始DO循环求解，一般进行四步循环，这部分需通过APDL语言编辑好程序。每一次的DO循环中包括下面几个步骤。

13、读入磁场物理环境。第一次循环时初始化整个模型温度为环境温度，以后循环中读入热场分析的结果文件。通过*if、*else进行编程。进行第一次磁场解算。

14、分析结束后，进入后处理。读取电流的实部值和虚部值，计算相角。重新进行一次第13步骤，然后选中线圈单元，重新加载电压，大小仍为峰值，角度为前面计算得到的角度。进行第二次的磁场解算。

15、读入热场分析的物理环境。第二次及之后几次循环需进行热重启动，用*if 判断。定义热分析结束时间，读入磁场分析的结果文件。进行热场解算。

进行完上述的循环后，可以通过后处理查看电磁系统各部分的温度分布情况，计算电磁系统各个部分的平均温度。