【文章內(nèi)容簡介】 ”長導(dǎo)體以不變的速度平移。諸如開槽轉(zhuǎn)子以不變速度旋轉(zhuǎn)等情形就不能考慮速度效應(yīng)，因?yàn)檫@種情況下，電機(jī)中的“槽”就表示了旋轉(zhuǎn)體在材料上不連續(xù)。另外，有限寬的平移導(dǎo)體在磁場中移動也不能考慮速度效應(yīng)。典型的能考慮速度效應(yīng)的例子是實(shí)體轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)，直線感應(yīng)電機(jī)和渦流制動系統(tǒng)等。靜態(tài)分析要求輸入運(yùn)動導(dǎo)體的平移速度或旋轉(zhuǎn)速率，速度值和轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)坐標(biāo)通過單元實(shí)常數(shù)來定義。速度效應(yīng)通過單元關(guān)鍵選項(xiàng)來激活，而且只有PLANE53單元有此功能。：VELOX，VELOY —在總體直角座標(biāo)系的X和Y方向上的速度分量。OMEGAZ —關(guān)于總體直角座標(biāo)系Z軸的角(旋轉(zhuǎn))速度(以周/秒(HZ)表示)。XLOC，YLOC —轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)在總體直角座標(biāo)系上的X、Y坐標(biāo)值。運(yùn)動體電磁分析問題的分析結(jié)果精度與網(wǎng)格的精細(xì)程度、磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率和速度相關(guān)，可用磁雷諾數(shù)（Reynolds Number）來表示：Mre＝μvd /ρ式中μ為磁導(dǎo)率、ρ為電阻率、v為速度、d為導(dǎo)體有限元單元的特征長度（沿運(yùn)動方向），磁雷諾數(shù)只在靜態(tài)或瞬態(tài)分析中有意義。運(yùn)動方程只是在磁雷諾數(shù)相對小時才有效和精確，高雷諾數(shù)時精度隨問題而變化。在后處理中可計(jì)算和獲得磁雷諾數(shù)。除磁場解外，還可在在后處理中得到由速度引起的電流，即速度電流密度（JVZ）。：需要說明永磁體的退磁BH曲線（如果是線性，可用相對導(dǎo)磁率）和磁矯頑力矢量(MGXX,MGYY或MGZZ)。命令：MPGUI: Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsElectromagneticsBH Curve退磁BH曲線通常在第二象限，但需按第一象限輸入，在輸入的H值中要增加一個＂偏移量＂Hc（定義如下），圖3顯示了實(shí)際退磁曲線和ANSYS退磁曲線的差別。Hc為矯頑力矢量的幅值，矯頑力矢量常和單元坐標(biāo)系一起定義永磁體的極化軸方向。下面例題所示為一個條形磁體在總體坐標(biāo)X－Y平面內(nèi)處于與X軸呈300夾角的軸線上, 磁體單元被假定賦予一個局部單元座標(biāo)系，該局部坐標(biāo)系的X軸與極化方向一致。本例還展示了磁體退磁特性和相應(yīng)的材料性質(zhì)輸入。/PREP7HC=3000! 矯頑力BR=4000! 剩磁感應(yīng)強(qiáng)度THETA=30! 永磁體極性方向*AFUN,DEG! 角度以度表示MP,MGXX,2,HC! 矯頑力X分量! BH 曲線:TB,BH,2! 材料號2的B－H曲線TBPT,DEFI,3000+HC,0! 偏移后的B－H曲線TBPT,2800+HC,500! 第一點(diǎn)“DEFI”缺省TBPT,2550+HC,1000TBPT,2250+HC,1500TBPT,2000+HC,1800TBPT,1800+HC,2000TBPT,1350+HC,2500TBPT,900+HC,3000TBPT,425+HC,3500TBPT,0+HC,4000TBPLOT,BH,2! 繪制B－H曲線圖4展示了在第一象限內(nèi)創(chuàng)建的永磁體B－H曲線，在ANSYS命令手冊中，對*AFUN、MP、TB、TBPLOT等命令有更詳細(xì)的描述。聯(lián)合使用一條B－H曲線和正交相對磁導(dǎo)率，可以描述非線性正交材料（疊片結(jié)構(gòu)）。在每一個相對磁導(dǎo)率為零的單元坐標(biāo)系方向上，ANSYS將使用該BH曲線。：對載壓絞線圈，要定義電阻率。按如下方式定義：　　命令：MP,rsvxGUI: Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsElectromagneticsResistivityIsotropic絞線圈是按＂Ｎ＂形纏繞的單股連續(xù)型線圈，如下圖圖5所示。對這樣的線圈要定義各向同性（且只能是各向同性）電阻值?！　≥d壓絞線圈只能用PLANE53單元來建模，還需要定義下列實(shí)常數(shù):　　CARE　線圈橫截面積。無論對稱性如何，此常數(shù)代表絞線型線圈的實(shí)際物理面積。TURN　線圈總匝數(shù)。無論對稱性如何，此常數(shù)代表絞線型線圈的實(shí)際總匝數(shù)。LENG　Z方向上線圈長度。在2D平面分析中，此常數(shù)代表線圈的實(shí)際長度。DIRZ　電流方向，詳見單元手冊對PLANE53的描述。FILL　線圈填充因子。此常數(shù)代表線圈組在線圈橫截面積中所占的比例，它影響線圈的電阻值（還可以用它來“調(diào)正”線圈電阻值）。，分網(wǎng)，指定特性建模過程可參照《ANSYS建模和分網(wǎng)指南》，然后在模型各個區(qū)域內(nèi)指定特性（單元類型、選項(xiàng)、單元坐標(biāo)系、實(shí)常數(shù)和材料性質(zhì)等，參見“（－）建立物理環(huán)境”部分?！　⊥ㄟ^GUI為模型中的各區(qū)賦予特性：　　1. 選擇Main MenuPreprocessorAttributesDefinePicked Areas　　2. 點(diǎn)擊模型中要選定的區(qū)域?！　?. 在對話框中為所選定的區(qū)域說明材料號、實(shí)常數(shù)號、單元類型號和單元坐標(biāo)系號。　　4. 重復(fù)這些步驟，直至處理完所有區(qū)域。　　通過命令為模型中的各區(qū)賦予特性：　ASEL（選擇模型區(qū)域）MAT（說明材料號）REAL（說明實(shí)常數(shù)組號）TYPE（指定單元類型號）ESYS（說明單元坐標(biāo)系號）　　指定完畢各區(qū)域特性后，就可劃分有限元網(wǎng)格了，詳見《ANSYS建模和分網(wǎng)指南》。　　　既可以給實(shí)體模型（關(guān)鍵點(diǎn)、線、面）也可以給有限元模型（節(jié)點(diǎn)和單元）施加邊界條件和載荷，在求解時，ANSYS程序自動將加到實(shí)體模型上載荷轉(zhuǎn)遞到有限元模型上。通過一系列級聯(lián)菜單，可以實(shí)現(xiàn)所有的加載操作。當(dāng)選擇Main Menu Solution －Loads－ Apply －Magnetic－時，ANSYS程序?qū)⒘谐鏊械倪吔鐥l件和三種載荷類型。然后選擇合理的類型和合理的邊界條件或載荷。對于一個2－D靜態(tài)分析，能選擇的邊界條件和載荷如下：BoundaryExcitationFlagOtherVector PotenCurr DensityComp. ForceCurr SegmentOn KeypointsOn KeypointsInfinite SurfOn KeypointsOn NodesOn NodesOn LinesOn NodesFlux ParlOn ElementsOn AreasMaxwell SurfOn LinesVoltage DropOn NodesOn LinesOn NodesOn AreasFlux NormalOn NodesOn LinesVirtual DispOn NodesOn KeypointsPeriodic BCsOn Nodes例如，施加電流密度到單元上，GUI路徑如下：GUI：Main MenuPreprocessorLoadsApplyMagnetic ExcitationCurr Density On Elements在菜單上你可以見到列出的其他載荷類型或載荷，假如它們呈灰色，就意味著在2D靜態(tài)分析中不能加該載荷，或該單元類型的KEYOPT選項(xiàng)設(shè)置不合適。另外，也可以通過ANSYS命令來輸入載荷。要列出已存在的載荷，方式如下: GUI: Utility MenuListLoadsload type下面將詳細(xì)描述可以施加的各種載荷：(AZ)通過指定磁矢量位，可以定義磁力線平行、遠(yuǎn)場、周期性邊界、以及外部強(qiáng)加磁場等條件。下表列出了每種邊界條件需要的AZ值：邊界條件AZ值磁力線垂直不需要（自然邊界條件，自然滿足）磁力線平行說明AZ=0，用D命令或GUI路徑Main MenuPreprocessorLoadsLoadsApplyMagneticBoundaryVector PotenFlux Par’lOn Lines or On Nodes遠(yuǎn)場用遠(yuǎn)場單元INFIN9（只用于平面分析）和INFIN110周期性用PERBC2D宏在節(jié)點(diǎn)上創(chuàng)建奇對稱或偶對稱周期性邊界條件，或用GUI路徑Main MenuPreprocessorLoadsLoadsApplyMagneticBoundary Vector PotenPeriodic BCs。外部強(qiáng)加磁場令A(yù)Z等于一非零值。用GUI路徑Main MenuPreprocessorLoadsLoadsApplyMagneticBoundaryVector PotenFlux Par’lOn Lines/On Nodes磁力線平行邊界條件強(qiáng)制磁力線平行于表面。磁力線垂直邊界條件強(qiáng)制磁力線垂直于表面，是自然邊界條件，自然得到滿足。使用遠(yuǎn)場單元INFIN9和INFIN110來表示模型的無限邊界時，無需說明遠(yuǎn)場為零邊界條件。如果模型具有周期性，或者通量的特性具有重復(fù)性，可用PERBC2D宏命令來定義周期性邊界條件。對于外部強(qiáng)加磁場，直接在合適的區(qū)域施加非0的AZ值就行了。(JS)　　此載荷給源導(dǎo)體加電流，在國際單位制中JS的單位為安培／米2。在2D分析中，只有JS的Z分量是有效的，在平面分析中正值表示電流向+Z方向，在軸對稱分析中正值表示電流向Z 方向?！　g線圈或塊導(dǎo)體來說，電流一般是均勻分布的．通常直接將源電流密度載荷加給單元。命令：BFEGUI: Main MenuPreprocessorLoadsLoadsApplyMagneticExcitationCurr DensityOn Elements詳細(xì)情況參見《ANSYS命令手冊》。同樣，也可以用BFA命令把源電流密度施加到實(shí)體模型上。用BFTRAN或SBCTRAN命令，把施加到實(shí)體模型上的源電流密度轉(zhuǎn)換到有限元單元模型上。(VLTG)此載荷給絞線圈加電壓降，只能用MKS單位制。只有對使用了AZ和CURR自由度的PLANE53單元（參見PLANE53單元的KEYOPT(1)選項(xiàng)）才能使用電壓降（VLTG）載荷。電壓降可使用BFE命令加在單元上，也可以用BFA命令加在實(shí)體模型的某些面上。用BFTRAN或SBCTRAN命令，把施加到實(shí)體模型上的電壓降（VLTG）載荷轉(zhuǎn)換到有限元單元模型上。因?yàn)镃URR表示線圈每匝的電流，而線圈中的電流值是唯一的，所以加載前必須將線圈所有節(jié)點(diǎn)的CURR自由度耦合起來（否則將導(dǎo)致求解錯誤）。用下列方式進(jìn)行：　　命令：CPGUI:Main MenuPreprocessorCoupling/CeqnCouple DOFs 施加標(biāo)志 力標(biāo)志　　用FMAGBC宏對需要進(jìn)行力和力矩計(jì)算的部件施加標(biāo)志，該宏自動施加虛位移和Maxwell面標(biāo)志（后面介紹）。建模時，在需要進(jìn)行力和力矩計(jì)算的部件周圍，至少要包圍一層空氣單元。對需要進(jìn)行力和位移計(jì)算的部件的單元命名為一個元件 (Component)，再按下列方式使用FMAGBC宏：命令：FMAGBC,CnamGUI：Main MenuPreprocessorLoadsLoadsApplyMagneticFlagComp. Force/Torq在后處理器中使用FMAGBC和TORQSUM宏命令，就可以列出力和力矩的結(jié)果。 無限表面標(biāo)志(INF)　這不算真實(shí)意義的加載，是有限元方法計(jì)算開域問題時，加給無限元（代表物理模型最邊緣的單元）的標(biāo)志。 其他加載 電流段(CSGX)該載荷是一種節(jié)點(diǎn)電流載荷，不常使用。在軸對稱分析中的電流段為2pr*電流。在MKS單位制中電流段的單位是安培－米。電流方向沿Z方向，與自由度AZ保持一致。比如，可以用多個電流段表示一個片狀電流。關(guān)于在節(jié)點(diǎn)上分布式加載的詳細(xì)討論參見《ANSYS建模與分網(wǎng)指南》。 Maxwell面(MXWF)Maxwell面不是真正意義上的載荷，它只是表明在這個表面要進(jìn)行磁場力分布的計(jì)算。在flag選項(xiàng)中選擇MXWF就行了。通常，把Maxwell面標(biāo)志施加在鄰近分界面的空氣單元上。ANSYS用Maxwell應(yīng)力張量方法計(jì)算鐵區(qū)－空氣分界面上的力，并將結(jié)果存儲到這些空氣單元中。在POST1后處理器中對它們求和，可以得到作用到該部分上的合力，并可將這些分布力轉(zhuǎn)換到后續(xù)的結(jié)構(gòu)分析中?！　】梢酝瑫r定義多個元件，但這些元件不能共用空氣單元。(比如在兩個部件間只建了一層單元，就會發(fā)生共用。) 磁虛位移(MVDI)　　磁虛位移標(biāo)志也不是真正意義上的載荷，它只表示給模型中要計(jì)算力的部件施加標(biāo)志。和Maxwell面的作用相同，只不過用的是虛功方法?！　≡诟信d趣區(qū)的所有節(jié)點(diǎn)上說明MVDI=，在鄰近的空氣區(qū)節(jié)點(diǎn)上說明MVDI=(缺省設(shè)置)。也可以說明MVDI，但是通常不用。計(jì)算得到的力結(jié)果就貯存在鄰近的空氣單元中。鄰近的感興趣區(qū)域的空氣單元帶最好是等厚度的。在POST1中，可以將每個空氣單元中的力進(jìn)行求和以得到合力。 求解下面描述進(jìn)行2D靜態(tài)磁場分析求解的基本過程。 定義分析類型在定義分析類型和分析將用的方程求解器前，要先進(jìn)入SOULUTION求解器。命令：/SOLUGUI:Main MenuSolution說明分析類型，用下列方式：GUI：選擇Main MenuSolutionNew Analysis并選擇 static 。如果是新的分析，使用命令A(yù)NTYPE，STATIC,NEW.如果是需要重啟動一個分析（重啟動一個未收斂的求解過程，或者施加了另外的激勵），使用命令A(yù)NTYPE,STATIC,REST。, , ，就可以重啟動2D靜態(tài)磁場分析。你可選擇下列任何一種求解器：Sparse solverFrontal solver (缺省值)Jacobi Conju