第三章

第2節(jié)二維交流和瞬態(tài)分析110Ω電阻器50mH電感器2μf電容器

24伏電壓源電路單元應用問題描述電路由如下組成:10Ω電阻50mH電感器2μf電容器電壓源24伏（峰值）1000Hz頻率分析順序建模進行模擬后處理電流功率2Circ124單元類型除了指定界面單元外，它不是有限元范疇的一部分線單元并不象Plane53或Plane13要分網格具有模擬不同電路單元的多種性能電阻器，電感器，電容器不同類型的電流源不同類型的電壓源互感器單元廣泛幫助從Help查詢到Circ124單元類型(典型例）3用實用命令菜單中的命令清除數據庫中的數據

Utility>file>clearandstartnew如下菜單生成電路單元

Preproc>create>circuit在生成任何電路單元前，需要調整工作平面

Preproc>create>circuit>centerWP首先建立獨立電壓源(IVS)4建立IVSCircuit>independentvltgsource>DC/ACharmonic鼠標變成“橡皮筋”狀態(tài)，自由定位電路單元的位置在圖形窗口中，必須用鼠標選取三個位置單元的起始節(jié)點單元的終止節(jié)點兩個節(jié)點左邊或右邊的偏置量IVS（獨立電壓源）5鼠標點取的第一位置，為單元的I節(jié)點鼠標點取的第二位置，為單元的J節(jié)點鼠標點取的第三位置，以確定單元的定位6一旦鼠標點取完三個位置，程序彈出一個對話框以輸入IVS的參數V4識別號電壓幅值(峰值)，不是均方根值相位角(度)選擇OK7建電阻器..Circuit>resistor當選擇第二個位置時，雙擊鼠標，使其同時也成為第三個位置這并不必須完全點取在同一個位置，電路建模器會自動捕捉到已存在的節(jié)點鼠標點取的第一點鼠標點取的第二點識別號電阻值Ω選擇

OK8建電感器..Circuit>inductor當選擇第二個位置時，雙擊鼠標，使其同時也成為第三個位置這并不必須完全點取在同一個位置，電路建模器會自動捕捉到已存在的節(jié)點鼠標點取的第一點鼠標點取的第二點識別號電感值(H)選擇

OK9建電容器..Circuit>capacitor當選擇第二個位置時，雙擊鼠標，使其同時也成為第三個位置這并不必須完全點取在同一個位置，電路建模器會自動捕捉到已存在的節(jié)點鼠標點取的第一點鼠標點取的第二點識別號電容值(farads)選擇

OK10到這這里里，，建建模模就就完完成成了了電路路單單元元的的每每一一個個閉閉合合回回路路要要求求約約束束電電壓壓（（VOLT））自由由度度（（接接地地））Preproc>loads>apply>boundary>-voltage-onnodes選取取回回路路中中的的任任何何一一個個節(jié)節(jié)點點選擇擇OK11執(zhí)行行求求解解Solu>newanalysis[Harmonic]設置置激激勵勵頻頻率率Solu>time/frequenc>freqandsubstps選擇擇OKSolu>currentLS選擇擇OK12為獲獲取取電電路路單單元元結結果果，，可可列列表表顯顯示示單單元元解解缺省省狀狀態(tài)態(tài)下下的的激激活活結結果果為為虛虛數數解解Postproc>listresults>elementsolution選擇擇OK13虛數數分分量量求求解解結結果果14為獲獲取取電電路路單單元元結結果果，，可可列列表表顯顯示示單單元元解解必須須讀讀入入實實數數解解Postproc>-readresults-byloadstep選擇擇[REAL]選擇擇OKPostproc>listresults>elementsolution15實數數分分量量求求解解結結果果162D變壓器器應用用實例例問題描描述變壓器器初極極構成成如下下:2Ω直流電電阻1080匝變壓器器次極極構成成如下下:.02Ω直流電電阻108匝電壓源源60伏特峰峰值60Hz頻率線圈在在75C疊層長長度:70mm初極次極磁路空氣隙隙不同顏顏色表表示不不同材材料17分析過過程利用對對稱性性模擬次次極短短路情情況建立電電路模模型實常數數設置置耦合進行交交流分分析后處理理電流功率18物理區(qū)區(qū)域描描述鐵區(qū)導磁疊片鐵鐵芯，，無須須考慮慮集膚膚效應應線圈區(qū)區(qū)絞線圈圈(無集集膚效效應)導電率率隨溫溫度的的增加加而增增加初極由獨立立電壓壓源（（IVS）驅動次極短路全部邊邊線通通量平平行19材料性性質鐵μr=10,000ρ:Notinput線圈μr=1ρ=2E-7空氣μr=1空氣鐵次極線線圈初極線線圈20用in_tran宏建立立變壓壓器對對稱的的一半半模型型在命令令行輸輸入：：in_tran變壓器器模型型鐵芯疊疊片:材材料2空氣隙隙初極次極21模型數數據組件初極線線圈p-side(單元+節(jié)點點)次極線線圈s-side(單元+節(jié)點點)單元類類型2用用于于兩個個線圈圈區(qū)域域兩個線線圈的的橫截截面積積相同同，并并用參參數ACOND定義單元類類型222電路單單元條條件初極由一個個獨立立電壓壓源(IVS)單元提提供激激勵載載荷用一個個絞線線圈將將獨立立電壓壓源(IVS)連接到到有限限元區(qū)區(qū)域上上次極用一個個小電電阻模模擬短短路條條件用一個個絞線線圈將將電阻阻連接到到有限限元區(qū)區(qū)域上上要求在在單元元類型型選項項中激激活這這些自自由度度23線圈區(qū)區(qū)域單單元類類型的的自由由度選選項必必須激激活Preproc>elementtype>-add/edit/delete[OPTIONS]選擇OK線圈單單元類類型號號要求選選取這這些自自由度度24每個線線圈必必須輸輸入實實常數數數據據，使使之符符合于于指定定的直直流電電阻值值次邊(s-邊)實實常常數設設置號號2原邊(p-邊)實實常數數為125對于平平面模模型，，絞線線圈實實常數數數據據組成成如下下區(qū)域截截面積積(CARE)=線圈單單元的的總面面積（（可用用面積積求和和）匝數(TURN)長度:必必須為為折合合長度度(LENG)電流正正方向向（“進”或“出”平面方方向））（RIRZ））線圈填填充系系數(FILL)（隨后計計算））線圈單單元圖圖26如果用用兩個個截面面來模模擬線線圈，，則線線圈電電阻應應分配配到兩兩個截截面上上如果只只有一一個截截面模模擬整整個線線圈電電阻，，那么么這個個截面面必須須相應應于線線圈電電阻（（例題題所示示）平面截截面線線圈填填充系系數表表達式式為：：ARcoilCf=

N2ρL式中N=線圈匝匝數ρ=電阻率率(Ω-M)L=折合長長度(M)(折合長長度L可能需需作適適當調調整，，以計計及終終端繞繞組的的影響響）A=線圈區(qū)區(qū)域單單元面面積(m2)Rcoil=單個線線圈電電阻(Ω)27對于初初極線線圈N=1080L=.07mρρ=.2E-7ΩΩ-mRcoil=2ΩΩA=ACOND=.00125m2Cf=.07258(對應于一個個線槽內的的整個線圈圈)對于次極線線圈N=108L=.07mρρ=.2E-7Ω-mRcoil=.02ΩA=ACOND=.00125m2Cf=.653184(對應于一個個線槽內的的整個線圈圈)28這些值輸入入到每個線線圈的實常常數組中初極線圈，，實常數組組設置為1Preproc>realconstants>選擇EDIT對應于初極極線圈對應于初極極線圈選擇OK29在實常數1中，輸入入初極線圈圈數據線圈區(qū)單元元類型號選擇APPLY(輸入次極線線圈數據)30在實常數組組2中輸入入次極線圈圈數據選擇OK31建電路單元元工作平面處處于屏幕中中心Preproc>create>circuit>centerWP建初極獨立立電壓源IVS..Circuit>indpvltgsrc>AC/DCharmonic變壓器有限限元區(qū)首先，鼠標標選取起始始節(jié)點其次，鼠標標選取終止止節(jié)點最后，鼠標標點取電路路單元的偏偏置位置32峰值（電壓壓）相位角（度度）電路單元標標志號選擇OK注:完成此窗口口后，才顯顯示實際電電路單元第三個位置置選取后輸輸入:33建立絞線圈圈單元(SCE)，，將plane53單元構成的的線圈截面面與獨立電電壓源（IVS）相連接..Circuit>strndcoil-首先，鼠標標選取SCE連接到IVS的一端第二，鼠標標選取SCE連接到IVS的另一端第三，用鼠鼠標選取SCE的偏置位置置最后的鼠標標點取將SCE連接到有限限元區(qū)的橫橫截面上，該單元必須須為初極的的有限元單單元建初極線圈圈34絞線圈單元元的附加信信息標志各個SCE允許SCE改變已定義義好的實常常數值選擇OK35建電阻（1E-8歐姆），模模擬短路..Circuit>resistor鼠標第一次次選取鼠標第二次次選取鼠標第三次次選取電阻器識別別號和電阻阻值選擇OK建次極電路路36建SCE，將次極電路路與電阻器器(RES)相連接鼠標第一次次選取將SCE連接到RES鼠標第二次次選取鼠標第三次次選取最后的鼠標標點取將SCE連接到次極極單元采用與前面面定義過的的絞線圈相相同的數據據選擇OK用戶線路設設備標識圖圖37每個獨立回回路必須約約束VOLT自由度Preproc>loads>apply-electric-boundary>-voltage-onnodes每個獨立回回路選一個個節(jié)點選擇OK窗口輸入“0”選擇OK38選擇APPLY線圈區(qū)要求求耦合CURR和EMF自由度以使使電流守恒恒，以及使使繞組電流流均勻分布布初極利用P-SIDE組件選取初初極單元節(jié)節(jié)點在初極生成成兩組耦合合Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF選擇PickALL39在選取框內內選擇PickALL（（由于由于前前面選了APPLY）選擇OK設置號必須須不相同選擇OK初極耦合40對初極必須須生成相同同類型的耦耦合組利用組件S-SIDE選擇次極節(jié)節(jié)點對次極生成成兩組耦合合Preproc>coupling/ceqn>coupleDOF選擇PickALL選擇APPLY設置號必須須唯一41在選取框內選選擇PickALL（由于前面選了了APPLY））設置號唯一次極耦合選擇OK42鐵芯外邊加通通量平行邊界界條件Preproc>loads>apply>boundary>fluxpar’’lonlines選擇OK注：線段顏色色變亮43進行模擬，進進入求解器Solu>newanalysis[HARMONIC]設置模擬頻率率Solu>time/frequenc>freq&substps選擇OK44激活整個模模型Utility>select>everything開始求解Solu>CurrentLS確認模型為為二維電路附加自自由度選擇OK45讀入結果，，圖形顯示示兩種結果果Postproc>byloadstep[REAL]實數解Postproc>byload[IMAGINARY]虛數解46確認線圈的的直流電阻阻選擇線圈區(qū)區(qū)域（材料料3）定義單元表表選項(ERES)求電阻Postproc>elementtable>definetable[ADD]從Help查詢PLANE53單元47生成ERES求和只選初極線線圈單元：：p-side組件對全部激活活單元的ERES求和Postproc>elementtable>sumofeachitem選擇OK只選擇次極極線圈單元元：s-side組件對全部激活活單元的ERES求和Postproc>elementtable>sumofeachitem選擇OK48電路單元結結果包括:線圈電流功率選擇電路單單元Postproc>listresults>elementsolution選擇OK為了得到實實數解結果果，首先重重新讀入實實數解載荷荷步，重復復上述列表表（List）操作49功率(W)電流(A)50采用次極的的短路結果果，計算初初極阻抗Zeq=Vp/Isc式中Vp=60Isc=+.809+j-3.39(A)Zeq=4.00+j16.75Ω51瞬態(tài)分析瞬態(tài)分析是是時變分析析的一種通通用方式非正弦輸入入脈沖寬度調調制測試數據信信號軌跡躍變電壓電容放電交流分析不不建議采用用飽和材料料需要精確的的信號輸出出模型內包含含永磁體在由磁體構構成的致動動器上加載載躍變電壓壓52對物理區(qū)域域的考慮與與交流分析析中的要求求相同電壓與線圈圈輸入勵磁磁載壓線圈的的附加數據據面積、匝數數、填充系系數（軸對對稱）面積、匝數數、方向、、長度、填填充系數（（平面）電阻率RSVX(Ω-m)絞線圈與塊塊導體塊導體的自自由度耦合合塊導體的電電阻率RSVX終端條件短路與開路路集膚區(qū)域的的網格細化化53致動器———采用躍變變電壓利用前面演演示章節(jié)中中用到的交交流致動器器躍變電壓條條件渦流效應用自動時間間步作瞬態(tài)態(tài)模擬數據貯存控控制，有效效地控制資資源利用每個時間步步后處理單自由度值值（線圈電電流）單元數據求求和力功率（圓環(huán)環(huán)）銜鐵圓環(huán)線圈54物理區(qū)域圓環(huán)自由空間磁磁導率電阻率ρ=.171E-7Ω-m電壓供電線線圈12Ω直流電阻400匝銜鐵和定子子高電阻（無無渦流）導磁率—使使用BH磁化曲線圓環(huán)線圈銜鐵定子H(A/m)B(T)55勵磁線圈加24伏躍變電電壓時間（S）電壓(V)24圓環(huán)線圈銜鐵56利用trsolen宏命令生成成模型、單單元、實常常數組、材材料命令窗口輸輸入trsolen建模圓環(huán)線圈銜鐵57定義組件COIL(線圈單元)ARMATURE(銜鐵)RING(圓環(huán))線圈區(qū)域包包括電流自由度度（CURR））實常數(4)、400匝、24Ω電阻率RSVX為0.171E-7ΩΩ-m環(huán)線圈銜鐵58完成邊界條條件設置施加銜鐵力力標志Solu>apply>flag>comp.force[ARMATURE]模型邊界平平行邊界條條件Solu>apply>boundary>-fluxpar’l-onlines線圈區(qū)域加加24伏電電壓Solu>apply>excitation>-voltagedrop-onareas(24伏電壓加到到線圈區(qū))載壓線圈的的電流耦合合59定義瞬態(tài)分分析Solu>newanalysis[TRANSIENT]選擇OK定義將結果果寫入結果果文件的頻頻度Solu>outputctrls>DB/resultsfile控制將結果果寫入結果果文件的頻頻度，“2”表示每隔一一個時間子子步寫入一一次結果文文件選擇OK60定義載荷步步時間和時時間步長（（子步長））Solu>time/frequenc>timeandsubstps建議：利用用前面分析析中的L計算L/R時間常數，，并放大5倍起始時間步步長為.01/40在第一時間間步就施加加激勵61允許程序自自動確定時時間步長定義允許的的最小時間間步長，時時間步長由由場的變化化速度來控控制定義允許的的最大的時時間步長。。根據用戶戶在后處理理中繪圖或或列表時，，要求觀察察多少個中中間結果而而定設為“yes”表示允許在在瞬態(tài)分析析中使用前前一時間步步的時間步步長步開始始進行下一一載荷步的的分析選擇OK完成時間和和時間步長長的數據輸輸入62開始分析激活整個模模型Solu>currentLS確認分析類類型已改變變確認使用了了電壓供電電線圈選項項63確認時間和和時間步控控制的輸入入數據證實結果存存儲的頻度度，缺省只只保存每個個時間步最最后子步的的結果64選擇OK由于鐵芯區(qū)區(qū)使用了BH曲線（非線線性），在在求解過程程中會顯示示收斂范數數求解時間（（秒）在不不斷修正的的65對整個分析析過程的線線圈電流進進行后處理理TimeHist>definevariables[ADD]線圈節(jié)點的的CURR自由度可以以顯示線圈圈電流的時時間歷程選擇OK用于結構分分析66在線圈區(qū)選選擇一個節(jié)節(jié)點這是在線圈圈區(qū)選擇的的節(jié)點的節(jié)節(jié)點號（自自動輸入））線圈電流自自由度參考號>1選擇OK該名字將顯顯示在圖形形窗口中，，應其他變變量名區(qū)分分開來67當前所定義義變量的概概總信息選擇CLOSE68圖示線圈電電流選擇OK可選擇輸入入其他變量量（采用相相同標度））上述定義的的參考號69列出最大/最小值Thpost>listextremes選擇OK(缺省情況下下，列出全全部變量)線圈圈電電流流的的時時間間歷歷程程列列表表顯顯示示（（隨隨時時間間變變化化值值））（（根根據據所所貯貯存存的的結結果果數數據據））Thpost>listvariables選擇擇OK70在每每個個時時間間步步需需要要進進行行單單元元求求和和的的項項目目，，必必須須使使用用Elec&mag中的的選選項項TimeHist>elec&mag>magnetics概述述文文件件和和圖圖形形文文件件名名銜鐵鐵磁磁力力(牛牛)環(huán)功功率率損損失失（（瓦瓦））71當顯顯示示概概述述文文件件時時，，操操作作即即告告完完成成72trsol.plt圖形形文文件件可可利利用用ANSYS中的的DISPLAY實用用程程序序觀觀察察（（從從ANSYS啟動動界界面面進進入入））1)打開開圖圖形形文文件件trsol.pltfile>opengraphicsfile[trsol.plt]2)按“Plotnext”73trsol.plt文件件中中還還貯貯存存有有其其他他圖圖形形10-1圓環(huán)環(huán)功功率率（（瓦瓦））74可針針對對分分析析過過的的某某個個特特定定時時間間點點對對整整個個模模型型進進行行后后處處理理通過過列列表表顯顯示示結結果果文文件件中中的的數數據據，，可可確確定定有有哪哪些些結結果果可可處處理理Postproc>resultssummary75讀入入結結果果有有多多種種方方法法1)利用用載載荷荷步步和和子子載載荷荷步步例:載載荷荷步步1、、子子步步10相相應應于于時時間間=.0045時的的結結果果Postproc>byloadstep選擇擇OK顯示示BSUM762)利利用用結結果果集集號號（（set號））例: