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电机磁场分析知识清单

作者:管理员    发布于:2020-04-27 09:07:35    文字:【】【】【

引言

ANSYS程序可用来分析电磁场多方面问题,如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线、力等。可有效地分析多种设备,如发电机、电动机、螺线管传动器、开关等。 

ANSYS程序提供了丰富的线性和非线性材料的表达方式,包括各向同性或正交各向异性的线性磁导率,材料的B.H曲线和永磁体的退磁曲线。后处理功能允许用户显示磁力线、磁通密度和磁场强度并进行力、力矩、源输入能量、端电压和其它参数的计算。

 

1、电机内的电磁场从它的分布区域及其作用来看,大致可分为:(1)气隙磁场;(2)凸极同步电机磁极间的漏磁场或直流电机主磁极与换向极间的漏磁场;(3)槽内漏磁场;(4)绕组端部电磁场;(5)铁心中的磁场;(6)实心转子中的电磁场等。按照是否随时间变化,电机内的电磁场可分为:(1)恒定磁场;(2)时变电磁场。

 

2、电机中的电磁力:电机中切向电磁力所形成的电磁力矩和电枢绕组中的感应电动势,是实现机电能量转换的两个基本要素。电机中电磁力分两类:

载流导体在磁场内所受到的力。对于长度为的长直载流导线,其力为:

铁磁介质在磁场中受到的力。如果媒质中有传导电流,相应的边密度是 ,而非铁磁媒质在磁场中受力的体密度是,则总的力密度是

在电机中计算磁场力时,通常可以把忽略掉。

 

3、ANSYS程序中磁场分析的类型:

2-D(3-D)静态磁场分析:分析直流电或永磁体所产生的磁场。

2-D(3-D)谐波磁场分析:分析低频交流电流或交流电压所产生的磁场。

2-D(3-D)瞬态磁场分析:分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场。

 

4、电磁场的源:电流、外加磁场、永磁体

1)在电磁场分析中要计算的量:磁通密度、磁场强度、磁力及磁矩、阻抗、电感、能量损耗等

2)电磁场单元:PLANE13、PLANE53、CIRCU124、SOLID96、SOLID97、PLANE121、INFIN9等。

3)电磁场分析的步骤:

创建物理环境;

建立模型,划分网格,赋予特性;

加边界条件和载荷;

求解;

后处理(查看计算结果)。

 

5、ANSYS如何完成电磁场分析计算:ANSYS以Maxwell方程组作为电磁场分析的出发点。有限元方法计算的未知量(自由度)主要是磁位或通量,其他关心的物理量可以由这些自由度导出。根据用户所选择的单元类型和单元选项的不同,ANSYS计算的自由度可以是标量磁位、矢量磁位或边界通量。

 

6、什么是磁标量位方法:对于大多数3-D静态分析请尽量使用标量位方法。此方法将电流源以基元的方式单独处理,无需为其建立模型和划分有限元网格。由于电流源不必成为有限元网格模型中的一部分,建立模型更容易。标量位方法提供以下功能: 

砖型(六面体)、楔型、金字塔型、四面体单元。

电流源以基元的方式定义(线圈型、杆型、弧型)可含永久磁体激励 

求解线性和非线性导磁率问题 

可使用节点偶合和约束方程 

此外,标量位方法中电流源建模简单,因为用户只需在合适的位置施加电流源基元(线圈型、杆型等)就可以模拟电流对磁场的贡献。

 

7、矢量位方法中的每个节点的自由度要比标量位方法多:因为它在X、Y和Z方向分别具有磁矢量位AX、AY、AZ。在载压或电路耦合分析中还引入了另外三个自由度:电流(CURR),电压降(EMF)和电压(VOLT)。2-D静态磁分析必须采用矢量位方法,此时主自由度只有AZ。

 

8、在矢量位方法中,电流源(电流传导区域)要作为整个有限元模型的一部分。由于它的节点自由度更多,所以比标量位方法的运算速度要慢一些。 

 

9、棱边单元法中的自由度与单元边有关系,而与单元节点没关系。

 
 
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