ANSYS电磁场分析培训手册第三章-1

ANSYS电磁场分析培训手册(低频)

第三章第1节 节

2-D交流和瞬态分析 交流和瞬态分析

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交流模拟的基本概念 交流模拟是一种随时间变化的模拟 – 假定励磁为正弦波

励磁电压 (V) 电流密度 (A/m2)

角 (度) 度用 ANSYS/Emag进行电磁场分析3.1-2

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可用两个场分量来表示 – 电相角为 场分量 电相角为0场分量 – 电相角为 场分量 电相角为90场分量 考虑一个导电杆 在一个绞线线圈中

用 ANSYS/Emag进行电磁场分析

3.1-3

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二维轴对称有限元模型

导电杆

通量平行条件

绞线圈 电流密度: 电流密度 1E6 A/m2 频率: 频率 100Hz

通量垂直条件

用 ANSYS/Emag进行电磁场分析

3.1-4

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二种求解结果: 二种求解结果 – 实数解 线圈励磁相位 度 实数解: 线圈励磁相位0度 – 虚数解：相位差 度 虚数解：相位差90度 实数解 虚数解

用 ANSYS/Emag进行电磁场分析

3.1-5

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利用这两种求解结果， 利用这两种求解结果，任何时间处的场量都能用迭加的方法来生成

执行动画文件： 执行动画文件：acaz.avi观察场动画用 ANSYS/Emag进行电磁场分析3.1-6

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根据Faradays 定律，线圈中的时变电流会在导体中感生电流 定律， 根据

执行动画文件acjt.avi ,观察电流动画用 ANSYS/Emag进行电磁场分析3.1-7

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其他假定 – 模拟只考虑感应效应 Faradays定律 定律 – 在绞线圈中感生电流 – 在大导体内电流会重新分布 – 不考虑射频效应 – 模拟是线性的 几何体不变 保持均匀性条件 – 如果用 曲线描述材料性质，就可以模拟饱和状态 如果用BH曲线描述材料性质， 曲线描述材料性质

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3.1-8

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导电杆中最值得注意的电流效应是感生电流的非均匀性

杆外半径

杆中心用 ANSYS/Emag进行电磁场分析

(m)

3.1-9

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集肤效应是由Amps 定律和 定律和Faradays定律耦合而产生 集肤效应是由 定律耦合而产生 无源、半平面导体电场每隔如下厚度衰减 无源、半平面导体电场每隔如下厚度衰减1/ e: :

δ = (π µ σ f) -1/2式中

(m)

µ = 磁导率 = µr µ0 σ = 电导率 1 /ρ =电阻率 电导率= f = 频率 频率(Hz)

(Ohm-m)

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3.1-10

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导电杆取下列数据: 导电杆取下列数据 µ = 100 µ0 µ0 = 1.2566E-6 (H/m) ρ= 2E-7 (Ohm-m) f = 100 (Hz) 代入, 代入 δ =[(3.1415)(100)(1.2566E-6)(.5E+7)(100)] δ =.0023 m δ =2.3 mm-1/2

与图形相对应，从外半径( 与图形相对应，从外半径(7.7mm)向内 )向内2.3mm,由于轴对称形状的 ， 影响，电流衰减值大于表面电流值的 衰减值大于表面电流值的1/e (2.71) 。 影响，电流衰减值大于表面电流值的

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3.1-11

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模拟交流状态， 模拟交流状态，有三种基本物理考虑 (1) 模拟

施加到线圈 导电杆上的功率的方法 模拟施加到线圈 线圈/导电杆上的功率的方法 施加电流边界条件 – 已知电流值 致动器 感应加热 施加电压边界条件 – 不知道电流值 电机 施加了任意载荷的非理想变压器

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3.1-12

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(2) 导电体类型 绞线型导体: 绞线型导体 导体是否细到足以忽略涡流效应的影响? 导体是否细到足以忽略涡流效应的影响 (涡流效 应以非均匀的方式重新分布电流) 应以非均匀的方式重新分布电流) 典型应用: 典型应用 变压器绕组 电机绕组 致动器绕组

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3.1-13

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块导体: 块导体 导体大到足以允许涡流的产生。 导体大到足以允许涡流的产生。 场量和电流的峰值在一个或多个面上会重新分布

典型应用: 典型应用 变压器中的大导体 鼠笼电机导电杆 感应加热

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3.1-14

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在绞线圈内的圆柱形导电杆上能观察到涡流效应

导电杆

BSUM (T)

电流密度幅值 (A/m2)

MX用 ANSYS/Emag进行电磁场分析3.1-15

MX

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(3) 终端条件 终端短路条件: 终端短路条件 导体间是否在端部连接以允许电流在导体之间流过 ?

三维导体终端连接

二维模型

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3.1-16