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ANSYSMaxwell涡流场分析案例

1.训练后处理应用实例本例中的涡流模型由一个电导率σ=106S/m,长度为100mm,横截面积为10×10m2的导体组成,导体通有幅值为100A、频率为60Hz、初始相位ф=120°的电流。

(一)启动M a x w e l l并建立电磁分析1.在windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS Electromagnetic→ANSYSElectromagnetic Suite 15.0→Windows 64-bit→Maxwell 3D命令,进入Maxwell软件界面。

2.选择菜单栏中File→Save命令,将文件保存名为“training_post”3.选择菜单栏中Maxwell 3D→Solution Type命令,弹出Solution Type对话框(1)Magnetic:eddy current(2)单击OK按钮4.依次单击Modeler→Units选项,弹出Set Model Units对话框,将单位设置成m,并单击OK按钮。

(二)建立模型和设置材料1.依次单击Draw→Box命令,创建长方体在绝对坐标栏中输入:X=-5,Y=-5,Z=0,并按Enter键在相对坐标栏中输入:dX=5,dY=5,dZ=100,并按Enter键单击几何实体,左侧弹出属性对话框,重命名为:Cond材料设置为conductor,电导率为σ=106S/m2.依次单击Draw→Box命令,创建长方体在绝对坐标栏中输入:X=55,Y=-10,Z=40,并按Enter键在相对坐标栏中输入:dX=75,dY=10,dZ=60,并按Enter键单击几何实体,左侧弹出属性对话框,重命名为:aux3.依次单击Draw→Line在绝对坐标栏中输入:X=0,Y=0,Z=0,并按Enter键在相对坐标栏中输入:dX=0,dY=0,dZ=100,并按Enter键名为line14.依次单击Draw→line,生成长方形对角点为(20,-20,50)、(-20,20,50),名为line25.依次单击Draw→Region命令,弹出Region对话框,设置如下:Pad individual directions(-100,-100,0)、(200,100,100)(三)指定边界条件和源1.按f键,选择Cond与Region的交界面,依次单击菜单中的Maxwell 3D→Excitations→Assign→Current命令,在对话框中填入以下内容:(1)Name:SourceIn(2)Value:100 A(3)Palse:120deg(4)单击OK按钮2.按f键,选择Cond与Region的另一个交界面,依次单击菜单中的Maxwell 3D→Excitations→Assign→Current命令,在对话框中填入以下内容:(5)Name:SourceIn(6)Value:100 A(7) Palse:120deg(8) 按Swap Direction 和OK 按钮(四)设置求解规则1. 依次选择菜单栏中Maxwell 3D →Analysis Setup →Add Solution Setup 命令,此时弹出Solution Setup 对话框,在对话框中设置:(1) Maximum number of passes (最大迭代次数):10(2) Percent Error (误差要求):1%(3) Refinement per Pass (每次迭代加密剖分单元比例):50%(4) Solver>Adaptive Frequency (设置激励源的频率):60Hz(5) 单击OK 按钮。

1. 依次选择菜单栏中的Maxwell 3D→Validation Check 命令,此时弹出的对话框中,如果全部项目都有 说明前处理操作没有问题;如果有 弹出,则需要重新检查模型;如果有!出现,则不会影响计算。

2. 依次选择Maxwell 3D→Analyze All 命令,此时程序开始计算。

(五)后处理依次单击Maxwell 3D>Fields>Calculator 命令,弹出Fields Calculator 对话框1) 导体内的功率损耗(体积分)方法一:1.选择Input>Quantity>Ohmic Loss2.选择Input>Geometry 选择V olume ,在列表中选择Cond ,然后单击OK 按钮3.选择Scalar>∫Integrate4.选择Output>Eval5.得到Cond 计算损耗约为5方法二:计算公式为dV J J P CondCond ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=⎰σ*Re 21 1.选择Input>Quantity>J ,获得电流密度矢量J ;2.选择Push3.选择General>Complex :Conj ,求J 的共轭;4.选择Vector>Mtal ,出现Material Operation 窗口;5.选择Conductivity 、Divide ;单击OK 按钮6.选择Vector>Dot7.选择General>Complex :Real ;8.选择Input>Number ,设置为Type:Scalar ;Value:2;单击OK9.选择General>/10.选择Input>Geometry 选择V olume ,在列表中选择Cond ,然后单击OK 按钮11.选择Scalar>∫Integrate12.选择Output>Eval13.得到Cond 计算损耗约为52) 沿着导体路径的电压降(线积分)计算电压降的实部:计算公式为dl J U line R ⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎰1Re σ 1.选择Input>Quantity>J ,获得电流密度矢量J ;2.选择Vector>Mtal ,出现Material Operation 窗口;3.选择Conductivity 、Divide ;单击OK 按钮4.选择General>Complex :Real ;5.选择Input>Geometry 选择Line ,在列表中选择Line1,然后单击OK 按钮6.选择Vector>Tangent7.选择Scalar>∫Integrate8.选择Output>Eval9.得到电压降的实部分量为0.05V计算电压降的虚部:计算公式为dl J U line I ⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎰1Im σ 1.选择Input>Quantity>J ,获得电流密度矢量J ;2.选择Vector>Mtal ,出现Material Operation 窗口;3.选择Conductivity 、Divide ;单击OK 按钮4.选择General>Complex :Imag ;5.选择Input>Geometry 选择Line ,在列表中选择Line1,然后单击OK 按钮6.选择Vector>Tangent7.选择Scalar>∫Integrate8.选择Output>Eval9.得到电压降的实部分量为-0.0866V理论计算电压降幅值为V U U U I R 1.022=+= 3) 安培定律(线积分)计算磁场强度的实部分量沿着线l i n e 2的线积分1.选择Input>Quantity>H ;2.选择General>Complex :Real ;3.选择Input>Geometry 选择Line ,在列表中选择Line2,然后单击OK 按钮4.选择Vector>Tangent5.选择Scalar>∫Integrate6.选择Output>Eval7.出现86.58A实际电流的实部是100×sin120=86.58A计算磁场强度的虚部分量沿着线l i n e2的线积分1.选择Input>Quantity>H;2.选择General>Complex:Imag;3.选择Input>Geometry选择Line,在列表中选择Line2,然后单击OK按钮4.选择Vector>Tangent5.选择Scalar>∫Integrate6.选择Output>Eval7.出现-49.98A实际电流的虚部是100×cos120=50A计算相位1.选择Exch和Rlup操作,确认计算器顶部为-49.98A,接下来是86.58A 2.选择Trig|Atan2,得到相位为120.0004)计算磁通密度散度(体积分)计算磁通密度的实部分量散度在a u x上的体积分1.选择Input>Quantity>B;2.选择General>Complex:Real;3.选择Vector>Divg4.选择Input>Geometry选择V olume,在列表中选择aux,然后单击OK按钮5.选择Scalar>∫Integrate6.选择Output>Eval7.出现-9.68×10-10A计算磁通密度的虚部分量散度在a u x上的体积分1.选择Input>Quantity>B;2.选择General>Complex:Imag;3.选择Vector>Divg4.选择Input>Geometry选择V olume,在列表中选择aux,然后单击OK按钮5.选择Scalar>∫Integrate6.选择Output>Eval7.出现1.68×10-9A5)磁通量的计算(面积分)磁通量实部的计算1.选择Input>Quantity>B2.选择Vector:Scal?>Scalar Y3.选择General>Complex:Real;4.选择Input>Geometry选择V olume,在列表中选择aux,然后单击OK按钮5.General>Domain6.选择Input>Geometry选择Surface,在列表中选择XZ,然后单击OK按钮7.选择Scalar>∫Integrate8.选择Output>Eval9.出现5.06×10-8Wb磁通量实部的计算1.选择Input>Quantity>B2.选择Vector:Scal?>Scalar Y3.选择General>Complex :Imag ;4.选择Input>Geometry 选择V olume ,在列表中选择aux ,然后单击OK 按钮5.General>Domain6.选择Input>Geometry 选择Surface ,在列表中选择XZ ,然后单击OK 按钮7.选择Scalar >∫Integrate8.选择Output>Eval9.出现-8.76×10-8Wb磁通量的幅度为1.01×10-7Wb ,进而可以获得导体与积分表面边界构成的矩形环之间的互感为H I L mag mutual 91001.1-⨯==φ在环内感应电压的幅度为 V I fL V mutual induced 51081.32-⨯==π6) 计算总电阻损耗(体积分)----M a x w e l l _v 16_3D _W S 02_B a s i c E d d y C u r r e n t A n a l y s i s1.选择Input>Quantity>Ohmic Loss2.选择Input>Geometry 选择V olume ,在列表中选择Disk ,然后单击OK 按钮3.选择Scalar>∫Integrate4.选择Output>Eval5.得到Disk 计算损耗约为270.38W7) 计算磁通量----06_1_m a x w e l l _e d d y c u r r e n t _A s y m m e t r i c _C o n d u c t o rB z _r e a l1.选择Input>Quantity>B2.选择Vector:Scal?>Scalar Z3.选择General>Complex :Real ;4.选择General>Smooth注意:在特斯拉(Tesla)的单位中,流量密度将默认显示。

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