1、第三章 第 1节 2-D交流和瞬态分析 3.1-2 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 角 (度 ) 励磁电压 (V) 电流密度 (A/m2) 3.1-3 可用两个场分量来表示 电相角为 0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 3.1-4 通量平行条件 通量垂直条件 绞线圈 二维轴对称有限元模型 电流密度 : 1E6 A/m2 频率 : 100Hz 导电杆 3.1-5 二种求解结果 : 实数解 : 线圈励磁相位 0度 虚数解：相位差 90度 实数解 虚数解 3.1-6 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
2、画文件： acaz.avi观察场动画 3.1-7 根据 Faradays 定律，线圈中的时变电流会在导体中感生电流 执行动画文件 acjt.avi ，观察电流动画 3.1-8 其他假定 模拟只考虑感应效应 Faradays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 BH曲线描述材料性质，就可以模拟饱和状态 3.1-9 导电杆中最值得注意的电流效应是感生电流的非均匀性 杆中心 杆外半径 (m) 3.1-10 集肤效应是由 Amps 定律和 Faradays定律耦合而产生 无源、半平面导体电场每隔如下厚度衰减 1/ e： =
3、 ( f) -1/2 (m) 式中 = 磁导率 = r 0 = 电导率 = 1 / =电阻率 (Ohm-m) f = 频率 (Hz) 3.1-11 导电杆取下列数据 : = 100 0 0 = 1.2566E-6 (H/m) = 2E-7 (Ohm-m) f = 100 (Hz) 代入 , =(3.1415)(100)(1.2566E-6)(.5E+7)(100) -1/2 =.0023 m =2.3 mm 与图形相对应，从外半径（ 7.7mm） 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 1/e (2.71) 。 3.1-12 模拟交流状态，有三种基本物理考虑 (
4、1) 模拟施加到 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 3.1-13 (2) 导电体类型 绞线型导体 : 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） 典型应用 : 变压器绕组 电机绕组 致动器 绕组 3.1-14 块导体 : 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 : 变压器中的大导体 鼠笼电机导电杆 感应加热 3.1-15 BSUM (T) MX 电流密度幅值 (A/m2) MX 导电杆 在绞线圈内的圆柱形
5、导电杆上能观察到涡流效应 3.1-16 (3) 终端条件 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 3.1-17 端部短路条件 不用任何对称条件，只模拟导体一部分 : 三维导体终端连接 部分导体不建模 二维模型 3.1-18 端部开路条件 : 导体端部是否分开以至于电流不能在导体之间流过 ? 三维导体在终端开路 二维模型 3.1-19 材料性质 : 要模拟涡流，需另外提供的材料性质是电阻率 ( RSVX) 单位：欧姆 -米 某些单元类型选项要求定义电阻率，可参考单元选项的帮助文档 RSVX可以是的温度的函数 3.1-20 如何模拟叠片铁芯
6、? 叠片允许使用可导磁的材料，但无损于铁芯中涡流的发展。 可是， BH数据和磁导率是频率、叠片材料和叠片厚度的函数。 通常，如果存在空气隙，就可不需要考虑迭层系数。如果需要考虑的话，迭层系数效应包含在磁导率数值内。 3.1-21 迭片平行于磁通 : eff = S (r - 1 ) + 1 式中 r = 迭片磁导率 S = Wi/(Wi+Wa) Wi = 一个迭片厚度 Wa = 迭片之间非导磁材料厚度 叠片 磁通方向 3.1-22 迭片垂直于磁通 : eff = r / r - S (r - 1 ) 式中 r = 迭片磁导率 S = Wi/(Wi+Wa) Wi = 单个迭片厚度 Wa = 迭片
7、之间非导磁材料厚度 磁通方向 叠片 3.1-23 应用 : 电机槽内导体 问题描述 平面 导体为电流供电 导体为块导体 导体和空气都在磁导率无限大的槽内 分析顺序 建模 加边界条件 执行模拟 后处理 磁力线 功率损失 导体 空气 铁 3.1-24 性质 导体 : r = 1 = 17.1 -mm 空气 : r = 1 槽材料 : 完全导磁材料 励磁 1 安培 (峰值 )交流电流 初始 相位为 0度 空气 铁 导体 3.1-25 因为电流加在整个导体截面上，要求 VOLT 自由度耦合 建立两种单元类型 空气为 1号单元类型 导体为 2号单元类型，具有 VOLT 自由度 Preprocelemen
8、t typeadd/edit/delete 导体为 2号单元类型 平面 选择 OK 3.1-26 建立空气材料 (MURX =1) 性质（ 1号材料） Preprocmaterial propsisotropic (用 Apply 来选择 ) 建立导体材料 (MURX =1 and RSVX=17.1E-9) 性质（ 2号材料） Preprocmaterial propsisotropic 选择 OK 3.1-27 为建模输入参数 A = 6.45 mm B = 8.55 mm C = 8.45 mm D = 18.85 mm E = 8.95 mm 用二者之一 1) 窗口命令 2) Util
9、ityparameterscalar 输入参数后选择Accept 3.1-28 选择 Apply 建立导体上半部份 建立导体下半部份 Preproc createrectangleby dimensions 把上下导体连成一个平面 Preprocoperateaddareas Pick All 3.1-29 建空气间隙 利用 glue 操作连接两个平面 Preprocoperateglueareas 选择 Pick All 选择 OK 3.1-30 空气区域属性的缺省值为 1号材料和 1号单元 给导体赋属性 Preproc-Attributes-definepicked areas (选择导体 ) 选择 OK
