ansys電磁場(chǎng)分析指南-第十六章電路分析(已修改)
2025-09-01 08:21 本頁(yè)面
【正文】 第十六章 電路分析 什么是電路分析 電路分析可以計(jì)算源電壓和源電流在電路中引起的電壓和電流分布。分析方法由源的類(lèi)型來(lái)決定： 源的類(lèi)型分析方法 交流（ AC）諧波分析 直流（ DC）靜態(tài)分析 隨時(shí)間變化瞬態(tài)分析 要在電磁學(xué)分析中用有限元來(lái)模擬全部電勢(shì)，就必須提供足夠的靈活性來(lái)模擬載流電磁設(shè)備。 ANSYS 程序?qū)τ陔娐贩治鲇腥缦滦阅埽? 用經(jīng)過(guò)改進(jìn)的基于節(jié)點(diǎn)的分析方法來(lái)模擬電路分析 可以將電路與繞線(xiàn)圈和塊狀導(dǎo)體直接耦合 2 D和 3D 模型都可以進(jìn)行耦合分析 支持直流、交流和時(shí)間瞬態(tài)模擬 ANSYS 程序 中先進(jìn)的電路耦合模擬功能精確地模擬多種電子設(shè)備，： 螺線(xiàn)管線(xiàn)圈 變壓器 交流機(jī)械 使用 CIRCU124 單元 ANSYS 提供一種通用電路單元 CIRCU124 對(duì)線(xiàn)性電路進(jìn)行模擬，該單元求解未知的節(jié)點(diǎn)電壓（在有些情況下為電流）。電路由各種部件組成，如電阻、電感、互感、電容、獨(dú)立電壓源和電流源、受控電壓源和電流源等，這些元件都可以用 CIRCU124 單元來(lái)模擬。 注： 本章只描述 CIRCU124 單元的某些最重要的特性，對(duì)該單元的詳細(xì)描述參見(jiàn)《 ANSYS單元手冊(cè)》。 可用 CIRCU124 單元 模擬的電路元件 對(duì) CIRCU124 單元通過(guò)設(shè)置 KEYOPT（ 1）來(lái)確定該單元模擬的電路元件，如下表所示。例如，把 KEYOPT（ 1）設(shè)置為 2，就可用 CIRCU124 來(lái)模擬電容。對(duì)所有的電路元件，正向電流都是從節(jié)點(diǎn) I流向節(jié)點(diǎn) J。 表 1CIRCU124 單元能模擬的電路元件 電路元件及其圖形標(biāo)記 KEYOPT（ 1）設(shè)置 實(shí)常數(shù) 電阻（ R） 0 R1=電阻（ RES） 電感（ L） 1 R1=電感（ IND） R2=起始電感電流（ ILO） 電容（ C） 2 R1=電容（ CAP） R2=起始電容電壓（ VCO） 互感（ K） 8 R1=初級(jí)電感（ IND1） R2=次級(jí)電感（ IND2） R3=耦合系數(shù)（ K） 電壓控制電流源（ G） 9 R1=互導(dǎo)（ GT） 電流控制電流源（ F） 12 R1=電流增益（ AI） 電壓控制電壓源（ E） 10 R1=電壓增益（ AV） 電流控制電壓源（ H） 11 R1=互阻（ RT） 繞線(xiàn)圈電流源（ N） 5 R1=系數(shù)（ SCAL） 2D塊狀導(dǎo)體電壓源（ M） 6 R1=系數(shù)（ SCAL） 3D塊狀導(dǎo)體電壓源（ P） 7 R1=系數(shù)（ SCAL） 注意： 全部的電路選項(xiàng)如上表和下圖圖 1 所示， ANSYS 的電 路建模程序自動(dòng)生成下列實(shí)常數(shù)： R15（圖形偏置， GOFFST）和 R16（單元識(shí)別號(hào)， ID）。本章下一節(jié)將詳細(xì)討論電路建模程序。 下圖顯示了利用不同的 KEYOPT（ 1）設(shè)置建立的不同電路元件，那些靠近元件標(biāo)志的節(jié)點(diǎn)是“ 浮動(dòng) ” 節(jié)點(diǎn)（即它們并不直接連接到電路中）。 CIRCU124 單元的載荷類(lèi)型 對(duì)于獨(dú)立電 流源和獨(dú)立電壓源可用 CIRCU124 單元 KEYOPT（ 2）選項(xiàng)來(lái)設(shè)置激勵(lì)形式，可以定義電流或電壓的正弦、脈沖、指數(shù)或分段線(xiàn)性激勵(lì)。詳細(xì)的載荷函數(shù)圖和相應(yīng)的實(shí)常數(shù)請(qǐng)參見(jiàn)《 ANSYS 單元手冊(cè)》。 將 FEA（有限元）區(qū)耦合到電路區(qū) 可將電路分析的三種元件耦合到 FEA 區(qū)，圖 2 所示的這三種元件直接連接到有限元模 型的導(dǎo)體上（耦合是在矩陣中進(jìn)行耦合的，因此只能為線(xiàn)性的）： 在絞線(xiàn)圈連接中不能存在渦流，磁矢勢(shì)（ MVP）和電流決定線(xiàn)圈電壓，連接的電路方程為： 上述方程中， Rc為線(xiàn)圈電阻， nc為匝數(shù)， Sc為線(xiàn)圈橫截面積 在塊導(dǎo)體連接中可以考慮集膚效應(yīng)，導(dǎo)體中的 MVP 和電壓決定總電流，連接的電路方程為： 上述方程中， LC是導(dǎo)體長(zhǎng)度， ΔV 是電壓降。 ANSYS 程序通過(guò)電路元件和 FEA 導(dǎo)體單元上兩個(gè)附加的自由度來(lái)達(dá)到耦合的目的，這些自由度特性如下： CURR — 流過(guò)電路和模型導(dǎo)體的電流 EMF — 模型導(dǎo)體（ 2D 絞線(xiàn)圈、 2D塊導(dǎo)體和 3D 線(xiàn)圈導(dǎo)體）的電壓降 VOLT — 3D塊狀導(dǎo)體內(nèi)的電位 使用 CIRCU125 單元 可以用 CIRCU125 單元為通用二極管和齊納二極管建模。使用此單元時(shí)，請(qǐng)注意： 在二極管任何狀態(tài)下，其 IU 曲線(xiàn)的分段線(xiàn)性特性對(duì)應(yīng)于一個(gè) Norton 等效電路，這個(gè)等效電路有一個(gè)動(dòng)態(tài)阻抗 (在工作點(diǎn)反向傾斜 )和一個(gè)電流源（在 IU曲線(xiàn)的切線(xiàn)和 I軸相交）。 如果電壓降比二極管（通常是理想二極管）的導(dǎo)通電壓低很多，則在提取由單元 misc記錄號(hào)提供的單元電壓降、電流、焦耳熱損耗計(jì)算數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)提示有取消錯(cuò)誤。 要獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果，需要通過(guò)提取單元的反力來(lái)獲得單元電流，并根據(jù)二極管狀態(tài)和 IU 曲線(xiàn)重新計(jì)算電壓。 可以在后處理器中畫(huà)二極管 的能量和狀態(tài)圖 若 AUTOTS 打開(kāi)，則按照標(biāo)準(zhǔn)的 ANSYS 自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)功能來(lái)確定求解時(shí)間步長(zhǎng)。程序根據(jù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的特征值來(lái)估計(jì)時(shí)間步長(zhǎng)。當(dāng)狀態(tài)變化方向是按照預(yù)期估計(jì)的方向進(jìn)行，則單元會(huì)發(fā)出調(diào)小時(shí)間步的信號(hào)，與接觸單元間隙閉合類(lèi)似。 CIRCU125 單元是高度非線(xiàn)性單元。要獲得收斂結(jié)果，通常需要定義收斂標(biāo)準(zhǔn)，而不是僅用缺省值。用 CNVTOL,VOLT,2,。 使用電路建模程序 對(duì)于所有電路分析，首先需要用 CIRCU124, CIRCU125, TRANS126, COMBIN14, COMBIN39,和 MASS21 單元來(lái)建立電路模型。建立電路模型的首選是使用 ANSYS 的電路建模程序，這是一個(gè)通過(guò) ANSYS 圖形用戶(hù)界面（ GUI）提供交互式處理的專(zhuān)用模塊，它可以完成如下功能： 可以用鼠標(biāo)來(lái)選擇電路元件并把它們放置在電路中所要求的位置 交互式建立電路模型 給電路元件賦予 “ 實(shí) ” 常數(shù)并進(jìn)行編輯 給獨(dú)立源賦予激勵(lì) 以圖形的方式驗(yàn)證所加激勵(lì) 以交互的方式來(lái)和 FEA 區(qū)進(jìn)行連接 可對(duì)電壓源和電流源元件定義源載荷 電路建模程序可生成單元類(lèi)型、實(shí)常數(shù)、定義節(jié)點(diǎn)和單元。 支持多種單元類(lèi)型。和使用其他 GUI 特性一樣，電路建模程序把用于建立電路模型的全部命令都寫(xiě)入記錄文件（ LOG 文件）。 GUI 提供專(zhuān)用的 “wire element” 選項(xiàng)?？梢苑奖愕挠?“wire” 連接各個(gè)電路。 Wire 表示連接兩點(diǎn)間的一小段短電路（導(dǎo)電率無(wú)窮大）。 MESH200 單元只用來(lái)進(jìn)行可視化的表示。 Wire兩端的節(jié)點(diǎn)要進(jìn)行電壓耦合（ CP 命令），如果兩段或更多段 Wire 連接在一起，則所有的節(jié)
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