ANSYS电磁场分析指南 第十一章 磁宏
第十一章磁宏
11.1 什么是电磁宏
电磁宏是ANSYS宏命令，其主要功能是帮助用户方便地建立分析模型、方便地获取想要观察的分析结果。目前，ANSYS提供了下列宏命令，可用于电磁场分析：
·CMATRIX：计算导体间自有和共有电容系数
·CURR2D：计算二维导电体内电流
·EMAGERR：计算在静电或电磁场分析中的相对误差
·EMF：沿预定路径计算电动力（emf）或电压降
·FLUXV：计算通过闭合回路的通量
·FMAGBC：对一个单元组件加力边界条件
·FMAGSUM：对单元组件进行电磁力求和计算
·FOR2D：计算一个体上的磁力
·HFSWEEP：在一个频率范围内对高频电磁波导进行时谐响应分析，并进行
相应的后处理计算
·HMAGSOLV：定义2-D谐波电磁求解选项并进行谐波求解
·IMPD：计算同轴电磁设备在一个特定参考面上的阻抗
·LMATRIX：计算任意一组导体间的电感矩阵
·MAGSOLV：对静态分析定义磁分析选项并开始求解
·MMF：沿一条路径计算磁动力
·PERBC2D：对2—D平面分析施加周期性约束
·PLF2D：生成等势的等值线图
·PMGTRAN：对瞬态分析的电磁结果求和
·POWERH：在导体内计算均方根（RMS）能量损失
·QFACT：根据高频模态分析结果计算高频电磁谐振器件的品质因子
·RACE：定义一个“跑道形”电流源
·REFLCOEF：计算同轴电磁设备的电压反射系数、驻波比、和回波损失
·SENERGY：计算单元中储存的磁能或共能
·SPARM：计算同轴波导或TE10模式矩形波导两个端口间的反射参数
·TORQ2D：计算在磁场中物体上的力矩
·TORQC2D：基于一个圆形环路计算在磁场中物体上的力矩
·TORQSUM：对2-D平面问题中单元部件上的Maxwell力矩和虚功力矩求和
本章对这些宏有详细描述。在ANSYS命令手册和理论手册对这些宏有更详细的描述。
下面的表格列出了这些电磁宏的使用范畴。
1这些宏也应用于静电场问题
2能用在通过界面单元INTER115连接的MVP区域11.2 使用电磁宏
电磁宏根据其实现的功能，可以分为如下四类：
·建模类·求解类
·后处理类·高频分析类磁宏11.2.1 建模类
有三个宏可用作帮助建模：RACE、PERBC2D和FMAGBC
1）RACE产生一个由条形和弧形基元（SOURCE36单元）组成的“跑道”形电流源
命令：RACE
GUI：Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Racetrack Coil
Main
Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation>Racetrack Coil
RACE宏要求的参数如前面图1所示。“跑道”由二个参数XC和YC定位，这些值是在工作平面内分别沿X和Y轴到线圈厚度中点的距离。执行该宏时，可以把构成线圈的这些SOURCE36单元定义为一个部件，将部件名作为该宏的一个输入参数即可。
2）PERBC2D宏通过生成两个周期性对称面所必须的约束方程或节点耦合来施加周期对称边界条件，调用该宏的方式如下：
命令：PERBC2D
GUI：Main
Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary>-Vector Poten- Periodic BCs
下面的图形描述了该宏的三种选项型式：
奇对称选项表示一个半周期对称条件，偶对称条件表示全周期对称条件（重复结
构）。
3）FMAGBC用于对单元组件施加Maxwell面标志和虚功边界条件：
命令：FMAGBC
GUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Flag> CompForce/Torq
Main Menu>Solution>Apply>Comp. Force/Torq
11.2.2 求解类
有四个宏可帮助求解：MAGSOLV, HMAGSOLV, CMATRIX和LMATRIX
11.2.2.1MAGSOLV
MAGSOLV宏对大多数静磁分析问题能很快地定义求解选项并开始求解。它可应用于2D和3D模型，标量势法、矢量势法和棱边单元求解方法，以及线性和非线性分析。该宏不需要用户使用MAGOPT命令和二步或三步求解顺序（一定情况所要求），它也允许定义非线性收敛标准，并提供选项来控制电流源Biot-Savart 积分的重新计算。
命令：MAGSOLV
GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Electromagnet>-Static
Analysis-Opt&Solv
11.2.2.2HMAGSOLV
HMAGSOLV宏对谐波分析能很快定义求解选项和开始求解。对2-D模型，它使用磁矢势（MVP）方法求解。它可用于线性和非线性分析。对于非线性分析，此宏不需要定义二步求解过程，并允许用户自己定义收敛标准。
用下列方法之一，调用HMAGSOLV宏：
命令：HMAGSOLV
GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Electromagnet>-Harmonic
Analys-Opt&Solv
11.2.2.3 CMATRIX
CMATRIX可计算“对地”和“集总”电容矩阵。“对地”电容值表示一个导体的电荷与导体对地电压之比。“集总”电容值表示二个导体之间的电容值。实例详见多导体系统求取电容和本手册电容计算实例（命令方法）。详细情况见ANSYS理论手册第五章。
用下面方法之一，调用CMATRIX宏命令：
命令：CMATRIX
GUI：Main Menu>Solution>Solve-Electromagnet>Capac Matrix
11.2.2.4 LMATRIX
LMATRIX宏可以计算任意线圈组中每个线圈的微分电感矩阵和总磁链。参见《ANSYS理论手册》第5章。
LMATRIX宏用于在静磁场分析的一个“工作点”上计算任意一组导体间的微分电感矩阵和磁链。“工作点”被定义为在系统上加工作（名义）电流所得到的解，该宏命令既可用于线性求解也可用于非线性求解。
必须用波前求解器来计算“工作点”的解。
LMATRIX宏的计算依赖于对工作点进行求解的过程中建立的多个文件。该宏在执行求解之前在这些文件前面加一个前缀OPER来重命名文件，并在完成求解后自动保存这些文件。用户自己也可以保存这些文件的拷贝以进行备份。
该宏命令返回一个N×N＋1矩阵参数，N×N部分表示N-绕组系统的微分电感值，此处N表示系统中的线圈数。N＋1列表示总磁链。第I行表示第I个线圈。另外，电感矩阵的值还以文本文件的格式输出，以供外部使用。文件中第一个列表表示每个线圈的磁链。第二个列表表示微分电感矩阵的上三角部分。
命令：LMATRIX
GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Electromagnet>-Static
Analysis-Induct Matrix
在调用LMATRIX宏之前，还需要给线圈单元赋一个名义电流值。对于使用磁矢势（MVP）法或基于棱边元方法进行求解的静磁分析，可以使用BFV、BFA或BFE命令来给线圈单元赋名义电流（以电流密度的方式）。对于使用简化标势法（RSP）、差分标势法（DSP）和通用标势法（GSP）的静磁分析，可以使用SOURCE36单元的实常数来给线圈单元赋名义电流。
为了使用LMATRIX宏，必须事先用*DIM命令定义一个N阶数组，N为线圈数，数组的每行都表示一个线圈。数组的值等于线圈在工作点时每匝的名义电流值，且电流值不能为零，当确实有零电流时，可以用一个很小的电流值来近似。另外，还需用CM命令把每个线圈的单元组合成一个部件。每组独立线圈单元的部件名必须是用一个前缀后面再加线圈号来定义。一个线圈部件可由标量
（RSP/DSP/GSP）或矢量单元（MVP）混合组成，最重要的一点是这些单元的激励电流与前面数组中所描述的电流相同。
在LMATRIX宏中需定义一个用于保存电感矩阵的数组名，用LMATRIX宏的对称系数（symfac）来定义对称性。如果由于对称性而只建了n分之一部分模型，则计算出的电感乘以n就得到总的电感值。
当工作点位于BH曲线的弯点处时，切向磁导率变化最快，会导致计算的感应系数随收敛标准而变化。为了获得更加准确的解，收敛标准要定义得更加严格一些，不仅仅是缺省值1.0×10－3。一般在执行MAGSOLV命令时，选择1.0×10－4或1.0×10－5。
在使用LMATRIX命令前，不要施加（或删除）非均匀加载，非均匀加载由以下原因生成：
·自由度命令(D, DA,等)在节点或者实体模型上定义非0值
·带有非0约束的CE命令
不要在不包含在单元组件中的单元上施加任何载荷(如current)
下面的例子是一个3线圈系统，每个线圈的名义电流分别为1.2、1.5和1.7安/匝，其分析的命令流如下。在这个例子中，数组名为“curr”，线圈部件名前缀为“wind”，电感矩阵的计算值存贮在名为“ind”数组中。值得注意的是，在LMATRIX命令行中，这些名字必须用单引号引起来。
*dim，cur，，3！3个线圈系统数组
cur（1）=1.2！线圈1的名义电流为1.2安培/匝
cur（2）=1.5！线圈2的名义电流为1.5安培/匝
cur（3）=1.7！线圈3的名义电流为1.7安培/匝
esel，s……！选择线圈1的单元
cm，wind1，elem！给选出的单元赋予部件名wind1
esel，s……！选择线圈2的单元
cm，wind2，elem！给选出的单元赋予部件名wind2
esel，s……！选择线圈3的单元
cm，wind3，elem！给选出的单元赋予部件名wind3
symfac=2！对称系数
Imaxtrix，symfac，’wind’，’curr’，’ind’ ！计算微分电感矩阵和总磁链
*stat，ind！列出ind电感矩阵
11.2.2.5 下面是以命令流方式进行的一个计算电感矩阵的例子
该例计算一个二线圈系统（永磁电感器件）在非线性工作点下的微分电感矩阵和
总磁链，其示意图如下：
几何性质：x1=0.1, x2=0.1, x=0.1, y=0.1
材料性质：μ
r =1.0（空气），H
c
=25（永磁体），B-H曲线（永磁体，见输
入参数）
线圈1：名义电流＝0.25安/匝，匝数＝10
线圈2：名义电流＝0.125安/匝，匝数＝20
目标值：L11=4, L22=16, L12=8
命令流如下：
/batch,list
/title, Two-coil inductor with a permanent magnet /nopr
!geometry data
!
n=1! meshing parameter
x=0.1! width (x size) of core
y=0.1! hight of core, y size of window
z=1! thickness of iron in z direction
x1=0.1! width (x size) of coil 1
x2=0.1! width (x size) of coil 2
Hcy=25! coercive magnetic field in y direction
n1=10! number of turns in coil1
n2=20! number of turns in coil2
!
!excitation data used by LMATRIX.MAC
!
symfac=1! symmetric factor for inductance computation nc=2! number of coils
*dim,cur,array,nc! nominal currents of coils
*dim,coils,char,nc! names of coil components
!
cur(1)=0.25! nominal current of 1st coil
coils(1)="wind1"! name of coil 1 component
!
cur(2)=-0.125! nominal current of 2nd coil
coils(2)="wind2"! name of coil 2 component
!
!auxiliary parameters
!
mu0=3.1415926*4.0e-7
x3=x1+x2! x coordinate right to coil2 left
x4=x3+2*x! x coordinate right to core
x5=x4+x2! x coordinate right to coil2 right
x6=x5+x1! x coordinate right to coil1 right
js1=cur(1)*n1/(x1*y)! nominal current density of coil1 js2=cur(2)*n2/(x2*y)! nominal current density of coil2 !
/prep7
et,1,53
!
mp,murx,1,1! air/coil
mp,mgyy,2,Hcy! coercive term
Bs=2! saturation flux density
Hs=100! saturation magnetic field
TB,BH,2! core: H = Hs (B/Bs)^2; BS=2T;HS=100A/m
*do,qqq,1,20
B=qqq/10*Bs
tbpt,,Hs*(B/Bs)**2,B
*enddo
!
rect, 0,x1,0,y! coil1 left
rect,x1,x3,0,y! coil2 left
rect,x3,x4,0,y! core
rect,x4,x5,0,y! coil2 right
rect,x5,x6,0,y! coil1 right
!
aglue,all
!
asel,s,loc,x,x1/2! coil 1 volume attribute
aatt,1,1,1
asel,s,loc,x,x5+x1/2
aatt,1,2,1
asel,s,loc,x,x1+x2/2! coil 2 volume attribute
aatt,1,3,1
asel,s,loc,x,x4+x2/2
aatt,1,4,1
asel,s,loc,x,x3+x! iron volume attribute
aatt,2,5,1
asel,all
!
esize,,n
amesh,all
!
nsel,s,loc,x,x6! flux parallel Dirichlet at symmetry plain, x=x6 !! homogeneous Neumann flux normal at yoke, x=0
d,all,az,0
nsel,all
!
esel,s,real,,1! coil 1 left component
bfe,all,JS,,,,js1! unite current density in coil 1
!
esel,s,real,,2! coil 1 right component
bfe,all,JS,,,,-js1! return unite current density in coil 1 !
esel,s,real,,1,2
cm,coils(1),elem
!
esel,s,real,,3! coil 2 left component
bfe,all,JS,,,,js2! unite current density in coil 2
!
esel,s,real,,4! coil 2 right component
bfe,all,JS,,,,-js2! return unite current density in coil 2 !
esel,s,real,,3,4
cm,coils(2),elem
!
!
allsel
!
fini
!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! /com
/com obtain operating solution
/com
!
/solu
cnvtol,csg,,1.0e-4
/out,scratch
solve
fini
!
/post1
!
/out
!
/com,
/com,
senergy,! Stored electromagnetic energy savelen=S_ENG
senergy,1! Co-energy
savelce=C_ENG
!
fini
!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
! compute inductance
lmatrix,symfac,"wind","cur","ind", ! compute inductance matrix and flux !
/com
finish
你将得到如下结果：
SUMMARY OF STORED ENERGY CALCULATION
Load Step Number:1.
Substep Number:1.
Time:0.1000E+01
Material Number ofStored EnergyMaterial Description
NumberElements(J/m)
1.4.0.52360E-05LinearIsotrp...
2.1.-0.33314E+00Nonlin.MagnetIsotrp.
_____________________________________________________________________ T O T A L5.-0.33313E+00
Note:
The energy density for the active elements used in the energy calculation is stored in the element item "MG_ENG" for display
and printing. The total stored energy is saved as parameter (S_ENG) _____________________________________________________________________ 本文系e-works专稿，未经授权严禁转载
SUMMARY OF COENERGY CALCULATION
Load Step Number:1.
Substep Number:1.
Time:0.1000E+01
Material Number ofCoenergyMaterial Description
NumberElements(J/m)
1.4.0.52360E-05LinearIsotrp...
2.1.0.33314E+00Nonlin.MagnetIsotrp.
_________________________________________________________________
____
T O T A L5.0.33314E+00
Note:
The co-energy density for the active elements used in the co-energy calculation is stored in the element item "MG_COENG" for display
and printing. The total coenergy is saved as parameter (C_ENG)
_________________________________________________________________
____
________________ LMATRIX SOLUTION SUMMARY ___________________
Flux linkage of coil1. =0.19989E+01
Flux linkage of coil2. =0.39978E+01
Self inductance of coil1. =0.39976E+01
Self inductance of coil2. =0.15989E+02
Mutual inductance between coils1. and2. =0.79948E+01
Inductance matrix is stored in array parameter ind( 2., 3.)
Inductance matrix is stored in file ind.txt
11.2.3 后处理类
1）TORQ2D沿一条预先定义好的路径用面积分计算在磁场内一个物体上的力矩。该宏需要定义通过围绕在感兴趣物体周围的空气单元的一条路径，如图6
所示。
定义路径用PPATH命令（Main Menu>General Postproc>Elec&Mag
Calc>Define Path），定义路径时按反时针方向选择节点，这样就可以得到力矩的正确方向。路径必须完全在物体周围的空气域内。该宏只适用于2D分析。
命令：TORQ2D
GUI：Main Menu>General Postproc>Elec & Mag Calc>Torque
2）TORQC2D沿以总座标原点为中心的圆周线（路径）用面积分计算在磁场内一个物体上的力矩，它常用于计算作用在旋转机械上的力矩：
命令：TORQC2D
GUI：Main Menu>General Postproc>Elec & Mag Calc>Circular Torq
TORQC2D宏根据用户定义的半径（RAD）自动生成所需的路径。为了确保得到正确的解，在使用该宏前，只能选择感兴趣圆形体周围的空气单元，如图7所示。
3）FOR2D沿一条预先定义好的路径用面积分计算在磁场内一个物体上的力，该宏要求路径定义在感兴趣物体四周的空气中，使用下面的命令或GUI路径实现
FOR2D：
命令：FOR2D
GUI：Main Menu>General Postproc>Elec & Mag Calc>Mag Forces
图8显示二个平面分析实例的路径定义。定义路径用PPATH命令（Main Menu>General Postproc>Elec&Mag Calc>Define Path），定义路径时按反时针方向选择节点，这样就可以得到力的正确方向。
4）MMF宏计算磁动力，磁动力就是沿一条预先定义好的路径（用PATH、PPATH 命令或其等效GUI路径定义）对磁场强度H进行线积分。定义路径时按反时针方向选择节点，这样就可以得到MMF的正确方向。MMF宏自动设置PMAP命令的“ACCURATE”映射和“MAT”不连续项。执行宏命令后，ANSYS程序保持PMAP命令的这些设置。如果路径跨越多种材料，则每种材料应至少有1个路径点（如图9（b））。对于高频分析，MMF宏仅对TEM或TM模式有效。
命令：MMF
GUI：Main Menu>General Postproc>Elec & Mag Calc>2D and 3D-MMF
5）EMF宏计算电动力（emf），电动力就是沿一条预先定义好的路径（用PATH、PPATH命令或其等效GUI路径定义）对电场强度E或电压降进行线积分。它能用在2-D和3-D电流传导分析、静电场分析以及高频电磁场分析中。对于高频分析，EMF宏仅对TEM或TE模式有效。计算出的电动力保存在EMF参数中。在调用EMF 宏之前，必须先定义一条路径，该宏采用计算出的电场和路径操作进行电动力计算，当宏执行完毕后，所有路径项都将被清除。EMF宏自动设置PMAP命令的“ACCURATE”映射和“MAT”不连续项。执行宏命令后，ANSYS程序保持PMAP命令的这些设置。
命令：EMF
GUI：Main Menu>General Postproc>Elec & Mag Calc>-2D and 3D-EMF
6）POWERH宏在谐波分析中计算一个导体内的时间平均能量损失。在调用宏之前，必须先选择要进行计算的导体区域的单元。当导体区的单元足够细密时，该宏的计算结果最准确。
命令：POWERH
GUI：Main Menu>General Postproc>Elec & Mag Calc>-2D and 3D-Power Loss
7）FLUXV宏计算通过一个预定义回路的通量。在2-D分析中，路径只少要2个点定义。在3-D MVP分析中，路径必须为一条封闭围线，即第1点和最后一点必须是同一点。定义路径时按反时针方向选择点，这样就可以得到通量的正确方向。下图描述了在2-D和3-D分析中调用FLUXV宏时的路径选择。该宏只能用于磁矢量势法（MVP）的分析中。
命令：FLUXV
GUI：Main Menu>General Postproc>Elec & Mag Calc>Path Flux
8）PLF2D宏显示自由度AZ的等值线，在轴对称分析中，显示的等值线为：
半径×AZ=常数。此宏仅适用于2-D分析，等值线是平行于通量线的，它很好地描述了磁通图形。
命令：PLF2D
GUI：Main Menu>General Postproc>Plot Results>2D Flux Lines
Utility Menu>Plot >Results>Flux Lines
9）SENERGY宏计算模型中贮存的磁能和共能。能量密度贮存在单元表中，供图形显示和列表显示用。
图11说明如何确定非永磁材料的磁能和共能。
对于永磁体，磁能和共能按照如下计算：
·能量是曲线右边部分 (参见图12 (a))，注意图示中能量是负值。
ANSYS电磁场分析指南 第六章 3-D静态磁场分析(棱边元方法
第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边单元方法） 6.1何时使用棱边元方法 在理论上，当存在非均匀介质时，用基于节点的连续矢量位A来进行有限元计算会产生不精确的解，这种理论上的缺陷可通过使用棱边元方法予以消除。这种方法不但适用于静态分析，还适用于谐波和瞬态磁场分析。在大多数实际3-D 分析中，推荐使用这种方法。在棱边元方法中，电流源是整个网格的一个部分，虽然建模比较困难，但对导体的形状没有控制，更少约束。另外也正因为对电流源也要划分网格，所以可以计算焦耳热和洛伦兹力。 用棱边元方法分析的典型使用情况有： ·电机 ·变压器 ·感应加热 ·螺线管电磁铁 ·强场磁体 ·非破坏性试验 ·磁搅动 ·电解装置 ·粒子加速器 ·医疗和地球物理仪器 《ANSYS理论手册》不同章节中讨论了棱边单元的公式。这些章节包括棱边分析方法的概述、矩阵列式的讨论、棱边方法型函数的信息。 对于ANSYS的SOLID117棱边单元，自由度是矢量位A沿单元边切向分量的积分。物理解释为：沿闭合环路对边自由度（通量）求和，得到通过封闭环路的磁通量。正的通量值表示单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号（由单元边连接）。磁通量方向由封闭环路的方向根据右手法则来判定。 在ANSYS中，AZ表示边通量自由度，它在MKS单位制中的单位是韦伯（Volt·Secs），SOLID117是20节点六面体单元，它的12个边节点（每条边
的中间节点）上持有边通量自由度AZ。单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号。在动态问题中，8个角节点上持有时间积分电势自由度VOLT。 ANSYS程序可用棱边元方法分析3-D静态、谐波和瞬态磁场问题。（实体模型与其它分析类型一样，只是边界条件不同），具体参见第7章，第8章。 6.2单元边方法中用到的单元 表 1三维实体单元 6.3物理模型区域的特性与设置 对于包括空气、铁、永磁体、源电流的静态磁场分析模型，可以通过设置不同区域不同材料特性来完成。参见下表，详情在后面部分叙述。
基于ANSYS软件的电机电磁场有限元分析解读
基于ANSYS软件的电机电磁场有限元分析 发表时间：2007-9-11 作者: 黄劭刚夏永洪张景明来源: 万方数据 关键字: APDL语言同步发电机电磁场有限元 介绍了应用ANSYS自带的APDL编程语言进行软件开发，将该软件应用于同步发电机空载磁场分析中，在电机的电磁场计算中实现了电机的自动旋转、自动施加载荷的功能，使用、修改方便，并且计算速度快。通过对电磁场计算结果的后处理，得出了同步发电机的旋转磁场波形和电压波形。样机测试结果验证了分析结果的正确。 1 前言 ANSYS软件是一个功能强大、灵活的，融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件。广泛用于核工业、石油化工、航空航天、机械制造、土木工程等一般工业及科学研究领域的设计分析。 在实际的电机电磁场分析中，电机的转子磁极形状、定子齿槽形状、气隙大小以及铁磁材料均已确定，但是当转子相对十定子齿槽的位置不同时一，其计算结果也不相同。为了分析电机电磁场问题，若把定、转子相对位置固定不变进行求解，再对电磁场计算结果进行傅立叶级数分解来计算电机绕组的电势则误差太大。为此，需要对定、转子不同位置时一分别进行计算，然后通过电磁场的计算结果求出电机何个定子齿部磁通随转角变化的关系，然后根据磁通的变化率求出电机基波绕组的电势。ANSYS软件是目前应用最为广泛、使用最方便的通用有限元分析软件之一，应用ANSYS软件来分析电机电磁场是非常有效的。但是当采用ANSYS软件的图形用户界面( GUI)操作方式时，每次定、转子之间的旋转、网格剖分、施加载荷进行求解、查看计算结果等都需要人工进行重复操作，使用起来非常繁琐，并且效率低。为此，木文采用ANSYS软件的APDL语言编写的软件对同步发电机的空载磁场进行研究，实现了电机定、转子之间的自动旋转，自动网格剖分，自动施加载荷以及自动求解的功能。整个电磁场分析过程无需人工进行干预，使用方便，便于修改，并且大大提高了计算速度。通过对同步发电机电磁场计算结果进行后处理，得出了同步发电机的旋转磁场波形和电压波形。 2 软件实现 ANSYS软件提供了图形用户界面与命令流两种方式来分析电机电磁场问题。在电机电磁场计算中，命令流方式和图形用户界面方式相比，具有以下优点:(1)通用性好，对于同系列、同型号的电机电磁场计算只要对电机的尺寸参数进行修改即可，而采用ANSYS的图形用户界面方式进行电机电磁场计算，每次计算都要重新输入图形，没有通用性;(2)通过合理应用ANSYS的APDL语言编写一个两重循环程序就可实现转子自动旋转和自动施加励磁电流的功能，与ANSYS 的图形用户界面方式相比，减少了人机交互的次数，缩短了计算时间。 2.1软件编写
ANSYS电磁场分析指南第九章3D静态、谐波和瞬态分析节点法
第九章3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法） 9.1节点法（MPV）进行3D静态磁场分析 3-D节点法磁场分析的具体步骤与2-D静态分析类似，选择GUI参数路径Main Menu>Preferences> Magnetic-Nodal，便于使用相应的单元和加载。与2-D静态分析同样的方式定义物理环境，但要注意下面讨论的存在区别的地方。 9.1.1 选择单元类型和定义实常数 对于节点法3 –D静磁分析，可选的单元为3D 矢量位SOLID97单元，与2D单元不同。自由度为：AX,AY,AZ。3D矢量位方程中，用INFIN111远场单元（AX、AY、AZ三个自由度）来为无限边界建模。 对于载压和载流绞线圈（只有SOLID97单元），必须定义如下实常数：
速度效应 可求解运动物体在特定情况下的电磁场，2-D静磁分析讨论了运动体的应用和限制，在3-D中，只有SOLID97单元类型能通过设置单元KEYOPT选项来考虑速度效应。 9.1.2 定义分析类型 用与2D静态磁场分析相同的方式定义3D静态磁场分析，即，可以通过菜单路径Main Menu>Solution>New Analysis、或者用命令ANTYPE,STATIC,NEW来定义一个新的静态磁场分析；或者用ANTYPE,STATIC,REST 命令来重启动一个3-D分析。 如果使用了速度效应，不能在3D静态分析(ANTYPE,STATIC)中直接求解具有速度效应的静态直流激励场，而要用具有很低频率的时谐分析(ANTYPE,HARMIC)来完成。 9.1.3 选择方程求解器 命令：EQSLV GUI：Main Menu>Solution>Analysis Options 3D模型建议使用JCG或PCG法进行求解。而对于载压模型、载流模型、或有速度效应的具有非对称矩阵的模型，只能使用波前法、JCG法、或ICCG法求解。电路激励模型只能用稀疏矩阵法或波前法求解器。 9.1.4 加载和求解 进入求解器： 命令：/SOLU GUI：Main Menu>Solution 3-D 静态MVP分析的载荷与2-D静态分析稍有些不同，但其菜单路径是一样的。下面是关于3-D静态磁场分析的一些加载： 该载荷用以定义磁力线垂直、磁力线平行、远场、周期边界条件、以及强加外磁场等载荷和边界条件，下表描述了各种边界条件相应的磁矢量势值：
ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析
第十六章电路分析 16.1 什么是电路分析 电路分析可以计算源电压和源电流在电路中引起的电压和电流分布。分析方法由源的类型来决定： 源的类型分析方法 交流（AC）谐波分析 直流（DC）静态分析 随时间变化瞬态分析 要在电磁学分析中用有限元来模拟全部电势，就必须提供足够的灵活性来模拟载流电磁设备。ANSYS程序对于电路分析有如下性能： ·用经过改进的基于节点的分析方法来模拟电路分析 ·可以将电路与绕线圈和块状导体直接耦合 ·2-D和3-D模型都可以进行耦合分析 ·支持直流、交流和时间瞬态模拟 ANSYS程序中先进的电路耦合模拟功能精确地模拟多种电子设备，： ·螺线管线圈 ·变压器 ·交流机械 16.2 使用CIRCU124单元 ANSYS提供一种通用电路单元CIRCU124对线性电路进行模拟，该单元求解未知的节点电压（在有些情况下为电流）。电路由各种部件组成，如电阻、电感、互感、电容、独立电压源和电流源、受控电压源和电流源等，这些元件都可以用CIRCU124单元来模拟。 注：本章只描述CIRCU124单元的某些最重要的特性，对该单元的详细描述参见《ANSYS 单元手册》。 16.2.1 可用CIRCU124单元模拟的电路元件
对CIRCU124单元通过设置KEYOPT（1）来确定该单元模拟的电路元件，如下表所示。例如，把KEYOPT（1）设置为2，就可用CIRCU124来模拟电容。对所有的电路元件，正向电流都是从节点I流向节点J。 表1CIRCU124单元能模拟的电路元件 注意：全部的电路选项如上表和下图图1所示，ANSYS的电路建模程序自动生成下列实常数：R15（图形偏置，GOFFST）和R16（单元识别号，ID）。本章下一节将详细讨论电路建模程序。 下图显示了利用不同的KEYOPT（1）设置建立的不同电路元件，那些靠近元件标志的节点是“浮动”节点（即它们并不直接连接到电路中）。 16.2.2 CIRCU124单元的载荷类型 对于独立电流源和独立电压源可用CIRCU124单元KEYOPT（2）选项来设置激励形式，可以定义电流或电压的正弦、脉冲、指数或分段线性激励。详细的载荷函数图和相应的实常数请参见《ANSYS单元手册》。 16.2.3 将FEA（有限元）区耦合到电路区 可将电路分析的三种元件耦合到FEA区，图2所示的这三种元件直接连接到有限元模型的导体上（耦合是在矩阵中进行耦合的，因此只能为线性的）：
ANSYS电磁场分析指南解读
回旋加速器 在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为： -磁通密度?能量损耗 -磁场强度?磁漏 ?磁力及磁矩? S-参数 ?阻抗?品质因子Q ?电感?回波损耗 ?涡流?本征频率 存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场 1.2ANSYS 如何完成电磁场分析计算 ANSYSU 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 ANSY 电磁场分析指南第一章 发表时间： 2007-9-20 作者 : 安世亚太 来源 : e-works 关键字 : ANSYS 电磁场分析 CAE 教程 第一章磁场分析概述 1.1 磁场分析对象 利用ANSYS/Ema 或ANSYS/Multiphysics 模块中的电磁场分析功能，ANSYS 可分析计算下列的设备中的电磁场，如： 电力发电机 磁带及磁盘驱动器 变压器 波导 螺线管传动器 谐振腔 电动机 连接器 磁成像系统 天线辐射 图像显示设备传感器 滤波器
据用户所选择的单元类型和单元选项的不同， ANSYS+算的自由度可以是标量磁 位、矢量磁位或边界通量。 1.3 静态、谐波、瞬态磁场分析 利用ANSY 测以完成下列磁场分析： ?2-D 静态磁场分析，分析直流电（DC ）或永磁体所产生的磁场，用矢量位方 程。参见本书“二维静态磁场分析” ?2-D 谐波磁场分析，分析低频交流电流（AC ）或交流电压所产生的磁场，用 矢量位方程。参见本书“二维谐波磁场分析” ?2 -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，包 含永磁体的效应，用矢量位方程。参见本书“二维瞬态磁场分析” ?3-D 静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用标量位方法。 参见本书“三维静态磁场分析（标量位方法）” ?3-D 静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用棱边单元法。 参见本书“三维静态磁场分析（棱边元方法）” ?3-D 谐波磁场分析，分析低频交流电所产生的磁场，用棱边单元法。建议 尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维谐波磁场分析（棱边元方法） ?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，用 棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维瞬态磁场 分析（棱边元方法）” 3-D 静态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法 ?基于节点方法的3-D 谐波磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法 的 3-D 谐波磁场分析” 1.4 关于棱边单元、标量位、矢量位方法的比较 什么时候选择2-D 模型，什么时候选择3-D 模型？标量位方法和矢量位方 法有何不同？棱边元方法和基于节点的方法求解 3-D 问题又有什么区别？在下面 将进行详细比较。 1.4.12-D 分析和 3-D 分析比较 3-D 分析就是用 3-D 模型模拟被分析的结构。现实生活中大多数结构需要 3- D 模型来进行模拟。然而3-D 模型对建模的复杂度和计算的时间都有较高要求。 所以，若 ?基于节点方法的 的 3-D 静态磁场分析” ?基于节点方法的 的 3-D 瞬态磁场分析” 3-D 瞬态磁场分析， 用矢量位方法。参见“基于节点方法
ansys大作业ANSYS电磁场分析及与ansoft仿真分析结果比较要点
期末大作业 题目：简单直流致动器 ANSYS电磁场分析及与ansoft仿真分析结果比较作者姓名：柴飞龙 学科（专业）：机械工程 学号：21225169 所在院系：机械工程学系 提交日期2013 年 1 月
1、 背景简述： ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用软件有限元分析软件，是现代产品设计中的高级CAE 工具之一。而ansoft Maxwell 软件是一款专门分析电磁场的分析软件，如传感器、调节器、电动机、变压器等。 本人在实验室做的课题涉及到电机仿真，用的较多的是ansoft 软件，因为其对电机仿真的功能更强大，电机功能模块更多，界面友好。 现就对一电磁场应用实例，用ANSYS 进行仿真分析，得到的结果与ansoft 得到的结果进行简单核对比较。 2、 问题描述： 简单直流致动器由2个实体圆柱铁芯，中间被空气隙分开的部件组成，线圈中心点处于空气隙中心。衔铁是导磁材料，导磁率为常数（即线性材料，r μ=1000），线圈是可视为均匀材料，空气区为自由空间（1=r μ），匝数为2000，线圈励磁为直流电流：2A 。模型为轴对称。 3、 ANSYS 仿真操作步骤： 第一步：Main menu>preferences
第二步：定义所有物理区的单元类型为PLANE53 Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete 第三步：设置单元行为 模拟模型的轴对称形状，选择Options（选项） 第四步：定义材料 Preprocessor>Material Props> ?定义空气为1号材料(MURX = 1) ?定义衔铁为2号材料(MURX = 1000) ?定义线圈为3号材料(自由空间导磁率，MURX=1)
ansys分析电磁场
三维螺线管静态磁场分析 要求计算螺线管，如下图所示，衔铁所受磁力，线圈为直流激励，产生力驱动衔铁。线圈电流为6A，500匝。由于对称性，只分析1/4的模型，如图1所示： 图1螺线管制动器 在仿真分析时，空气相对磁导系数为1.0；使用智能网格划分（LVL=8）；设定全部面为通量平行，这是自然边界条件，自动得到满足。因为是采用的1/4对称模型，所以磁力的计算结果要乘以4。
施加边界条件： ! /SOLU D,2,MAG,0 ! !SOLVE ! ALLSEL,ALL MAGSOLV,3,,,,,1 FINISH ! 建立的模型如下图所示：
对模型进行智能网格划分，如下图所示： 仿真分析所得磁场强度分布图为：
衔铁所受磁力分布图为： 衔铁所受磁力分布图为：
计算所得衔铁所受磁力为： SUMMARY OF FORCES BY VIRTUAL WORK Load Step Number: 2. Substep Number: 1. Time: 0.2000E+01 Units of Force: ( N ) Component Force-X Force-Y Force-Z ARM 0.14339E+02 0.11359E+02 -0.12846E+02 ___________________________________________________ SUMMARY OF FORCES BY MAXWELL STRESS TENSOR Units of Force: ( N ) Component Force-X Force-Y Force-Z ARM 0.79007E+01 0.55769E+01 -0.11511E+02 _____________________________________________________ Note: Maxwell forces are in the Global Cartesian coordinate system. Virtual work forces are in the element ESYS coordinate system.
电磁场分析指南——静电场分析(h方法)
第十四章 静电场分析（h方法） 14.1 什么是静电场分析 静电场分析用以确定由电荷分布或外加电势所产生的电场和电场标量位（电压）分布。该分析能加二种形式的载荷：电压和电荷密度。 静电场分析是假定为线性的，电场正比于所加电压。 静电场分析可以使用两种方法：h方法和p方法。本章讨论传统的h方法。下一章讨论p方法。 14.2 h方法静电场分析中所用单元 h方法静电分析使用如下ANSYS单元： 表1. 二维实体单元 单元维数形状或特征自由度 PLANE1212-D四边形，8节点每个节点上的电压 表2. 三维实体单元 单元维数形状或特征自由度 SOLID1223-D砖形（六面体），20节点每个节点上的电压 SOLID1233-D砖形（六面体），20节点每个节点上的电压 表3. 特殊单元 单元维数形状或特征自由度 MATRIX50无(超单元)取决于构成本单元的单元取决于构成本单元的单元类型 INFIN1102-D4或8节点每个节点1个；磁矢量位，温度，或电位 INFIN1113-D六面体，8或20节点AX、AY、AZ磁矢势，温度，电势，或磁标量势 INFIN92-D平面，无界，2节点AZ磁矢势，温度INFIN473-D四边形4节点或三角形3节点AZ磁矢势，温度 14.3 h方法静电场分析的步骤 静电场分析过程由三个主要步骤组成： 1.建模 2.加载和求解 3.观察结果 14.3.1 建模 定义工作名和标题： 命令：/FILNAME，/TITLE GUI：Utility Menu>File>Change Jobname Utility Menu>File>Change Title 如果是GUI方式，设置分析参考框：
ANSYS电磁场分析指南 第十一章 磁宏
第十一章磁宏 11.1 什么是电磁宏 电磁宏是ANSYS宏命令，其主要功能是帮助用户方便地建立分析模型、方便地获取想要观察的分析结果。目前，ANSYS提供了下列宏命令，可用于电磁场分析： ·CMATRIX：计算导体间自有和共有电容系数 ·CURR2D：计算二维导电体内电流 ·EMAGERR：计算在静电或电磁场分析中的相对误差 ·EMF：沿预定路径计算电动力（emf）或电压降 ·FLUXV：计算通过闭合回路的通量 ·FMAGBC：对一个单元组件加力边界条件 ·FMAGSUM：对单元组件进行电磁力求和计算 ·FOR2D：计算一个体上的磁力 ·HFSWEEP：在一个频率范围内对高频电磁波导进行时谐响应分析，并进行 相应的后处理计算 ·HMAGSOLV：定义2-D谐波电磁求解选项并进行谐波求解 ·IMPD：计算同轴电磁设备在一个特定参考面上的阻抗 ·LMATRIX：计算任意一组导体间的电感矩阵 ·MAGSOLV：对静态分析定义磁分析选项并开始求解 ·MMF：沿一条路径计算磁动力 ·PERBC2D：对2—D平面分析施加周期性约束 ·PLF2D：生成等势的等值线图 ·PMGTRAN：对瞬态分析的电磁结果求和 ·POWERH：在导体内计算均方根（RMS）能量损失
·QFACT：根据高频模态分析结果计算高频电磁谐振器件的品质因子 ·RACE：定义一个“跑道形”电流源 ·REFLCOEF：计算同轴电磁设备的电压反射系数、驻波比、和回波损失 ·SENERGY：计算单元中储存的磁能或共能 ·SPARM：计算同轴波导或TE10模式矩形波导两个端口间的反射参数 ·TORQ2D：计算在磁场中物体上的力矩 ·TORQC2D：基于一个圆形环路计算在磁场中物体上的力矩 ·TORQSUM：对2-D平面问题中单元部件上的Maxwell力矩和虚功力矩求和 本章对这些宏有详细描述。在ANSYS命令手册和理论手册对这些宏有更详细的描述。 下面的表格列出了这些电磁宏的使用范畴。
ANSYS电磁场分析指南第十六章
ANSYS电磁场分析指南第十六章 发表时间：2007-9-20 作者: 安世亚太来源: e-works 关键字: ANSYS 电磁场分析 CAE教程 第十六章电路分析 16.1 什么是电路分析 电路分析可以计算源电压和源电流在电路中引起的电压和电流分布。分析方法由源的类型来决定：源的类型分析方法 交流（AC）谐波分析 直流（DC）静态分析 随时间变化瞬态分析 要在电磁学分析中用有限元来模拟全部电势，就必须提供足够的灵活性来模拟载流电磁设备。ANSYS 程序对于电路分析有如下性能： ·用经过改进的基于节点的分析方法来模拟电路分析 ·可以将电路与绕线圈和块状导体直接耦合 ·2-D和3-D模型都可以进行耦合分析 ·支持直流、交流和时间瞬态模拟 ANSYS程序中先进的电路耦合模拟功能精确地模拟多种电子设备，： ·螺线管线圈 ·变压器 ·交流机械 16.2 使用CIRCU124单元 ANSYS提供一种通用电路单元CIRCU124对线性电路进行模拟，该单元求解未知的节点电压（在有些情况下为电流）。电路由各种部件组成，如电阻、电感、互感、电容、独立电压源和电流源、受控电压源和电流源等，这些元件都可以用CIRCU124单元来模拟。 注：本章只描述CIRCU124单元的某些最重要的特性，对该单元的详细描述参见《ANSYS单元手册》。 16.2.1 可用CIRCU124单元模拟的电路元件 对CIRCU124单元通过设置KEYOPT（1）来确定该单元模拟的电路元件，如下表所示。例如，把KEYOPT（1）设置为2，就可用CIRCU124来模拟电容。对所有的电路元件，正向电流都是从节点I流向节点J。
最新ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述汇总
A N S Y S电磁场分析指南第一章磁场分析概 述
第一章磁场分析概述 1.1磁场分析对象 利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS 可分析计算下列的设备中的电磁场，如： ·电力发电机·磁带及磁盘驱动器 ·变压器·波导 ·螺线管传动器·谐振腔 ·电动机·连接器 ·磁成像系统·天线辐射 ·图像显示设备传感器·滤波器 ·回旋加速器 在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为： ·磁通密度·能量损耗 ·磁场强度·磁漏 ·磁力及磁矩· S-参数 ·阻抗·品质因子Q ·电感·回波损耗 ·涡流·本征频率 存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。 1.2ANSYS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。 1.3静态、谐波、瞬态磁场分析
利用ANSYS可以完成下列磁场分析： ·2-D静态磁场分析，分析直流电(DC)或永磁体所产生的磁场，用矢量位方程。参见本书“二维静态磁场分析” ·2-D谐波磁场分析，分析低频交流电流(AC)或交流电压所产生的磁场，用矢量位方程。参见本书“二维谐波磁场分析” ·2-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，包含永磁体的效应，用矢量位方程。参见本书“二维瞬态磁场分析” ·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用标量位方法。参见本书“三维静态磁场分析（标量位方法）” ·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用棱边单元法。参见本书“三维静态磁场分析（棱边元方法）” ·3-D谐波磁场分析，分析低频交流电所产生的磁场，用棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维谐波磁场分析（棱边元方法）” ·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，用棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维瞬态磁场分析（棱边元方法）” ·基于节点方法的3-D静态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D静态磁场分析” ·基于节点方法的3-D谐波磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D谐波磁场分析” ·基于节点方法的3-D瞬态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D瞬态磁场分析” 1.4关于棱边单元、标量位、矢量位方法的比较 什么时候选择2－D模型，什么时候选择3－D模型？标量位方法和矢量位方法有何不同？棱边元方法和基于节点的方法求解3-D问题又有什么区别？在下面将进行详细比较。 1.4.12-D分析和3-D分析比较 3-D分析就是用3-D模型模拟被分析的结构。现实生活中大多数结构需要3-D模型来进行模拟。然而3-D模型对建模的复杂度和计算的时间都有较高要求。所以，若有可能，请尽量考虑用2-D模型来进行建模求解。
ANSYS电磁场分析指南
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ANSYS电磁场分析指南（共17章） ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述： ANSYS电磁场分析指南第二章 2-D静态磁场分析： ANSYS电磁场分析指南第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第四章２-Ｄ瞬态磁场分析： ANSYS电磁场分析指南第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）：ANSYS电磁场分析指南第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边元方法）： ANSYS电磁场分析指南第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元法）： ANSYS电磁场分析指南第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）： ANSYS电磁场分析指南第九章 3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）： ANSYS电磁场分析指南第十章高频电磁场分析： ANSYS电磁场分析指南第十一章磁宏： ANSYS电磁场分析指南第十二章远场单元： ANSYS电磁场分析指南第十三章电场分析： ANSYS电磁场分析指南第十四章静电场分析（h方法）：ANSYS电磁场分析指南第十五章静电场分析（P方法）：ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析： ANSYS电磁场分析指南第十七章其它分析选项和求解方法：
第一章磁场分析概述 磁场分析对象 利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS可分析计算下列的设备中的电磁场，如： ·电力发电机·磁带及磁盘驱动器 ·变压器·波导 ·螺线管传动器·谐振腔 ·电动机·连接器 ·磁成像系统·天线辐射 ·图像显示设备传感器·滤波器 ·回旋加速器 在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为： ·磁通密度·能量损耗 ·磁场强度·磁漏 ·磁力及磁矩· S-参数 ·阻抗·品质因子Q ·电感·回波损耗 ·涡流·本征频率 存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。 如何完成电磁场分析计算
ANSYS电磁场分析指南
ANSYS电磁场分析指南（共17章） ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述： ANSYS电磁场分析指南第二章2-D静态磁场分析： ANSYS电磁场分析指南第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第四章２-Ｄ瞬态磁场分析： ANSYS电磁场分析指南第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）：ANSYS电磁场分析指南第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边元方法）： ANSYS电磁场分析指南第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元法）： ANSYS电磁场分析指南第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）： ANSYS电磁场分析指南第九章3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）： ANSYS电磁场分析指南第十章高频电磁场分析： ANSYS电磁场分析指南第十一章磁宏： ANSYS电磁场分析指南第十二章远场单元： ANSYS电磁场分析指南第十三章电场分析： ANSYS电磁场分析指南第十四章静电场分析（h方法）：ANSYS电磁场分析指南第十五章静电场分析（P方法）：ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析： ANSYS电磁场分析指南第十七章其它分析选项和求解方法：
第一章磁场分析概述 1.1磁场分析对象 利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS可分析计算下列的设备中的电磁场，如：·电力发电机·磁带及磁盘驱动器 ·变压器·波导 ·螺线管传动器·谐振腔 ·电动机·连接器 ·磁成像系统·天线辐射 ·图像显示设备传感器·滤波器·回旋加速器
在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为： ·磁通密度·能量损耗 ·磁场强度·磁漏 ·磁力及磁矩· S-参数 ·阻抗·品质因子Q ·电感·回波损耗 ·涡流·本征频率 存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。1.2ANSYS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。 1.3静态、谐波、瞬态磁场分析 利用ANSYS可以完成下列磁场分析：
ansys电磁场分析的一些问题
1、进入求解器之后出现如下警告： Using 1 iteration per substep may result in unconvergent solutions for nonlinear analysis and the program may not indicate divergence in this case. Check your results. 不要担心，这是ANSYS程序设置中的一个友好提示，并不说明你的程序就是错误的（当然出现这个提示也不能证明你的程序就是无误的），你可以接着运行程序。 2、进行非线性求解的时候，如果你输入了材料的磁化曲线，但是很奇怪的是在进行二维分析的时候是成功的，但是三维分析的时候被告知得到的解是不收敛。 原因一：你需要检查一下程序的问题，是不是求解的步长设置的不合理。一般情况下，ANSYS 默认的是25，这个值可以满足大部分计算的需要，不过有的时候你需要把这个步长变大。 原因二、你输入的磁化曲线是正确的吗？是否满足ANSYS的要求？很多参考书上的磁化曲线数据并不满足ANSYS程序的要求，你需要用命令TBPLOT绘制出材料的BH、NB、MH三条曲线，看这三条曲线是不是都是光滑的单调的。 3、为什么绘制出的磁力线只有寥寥几根，如何加密呢？ ANSYS中有很多中显示方式，你不妨去看看命令/SHOW中的说明. 4、边界条件在电磁场分析中至关重要，那么何时采用通量平行条件何时采用通量垂直条件呢？ 在我看来，在ANSYS中，电磁场分析的边界条件是相当直观的。帮助文档中是这么定义的：Flux-normal: Set the normal component of A to zero Flux-parallel: Set in-plane components of A to zero. Far-field: Use element INFIN111. Far-field zer Use AX = AY = AZ = 0. Periodic: Use ANSYS' cyclic symmetry capability. Imposed external field: A(X,Y,Z) does not equal zero. 一般情况下，通量平行条件是可以不加的，但是通量垂直条件一定要加。其实，所谓的平行和垂直就是指实际情况下磁力线和边界的情况。 如果还是不太明白，你可以仔细看看帮助文档中所给出的例子。 5、电磁场分析中远场单元该怎么选择？ 我曾在这方面浪费了很多时间。后来才发现原来是因为自己没有看明白帮助文件中的说明书。这个问题比较复杂，虽然我提出来，但是不知道该怎么说。建议大家还是多看看说明书。呵呵……
ANSYS电磁场分析指南
ANSYS电磁场分析指南 第十三章电场分析 13.1 电场分析简介 电场分析就是要计算导电系统或电容系统中的电场，需要计算的典型物理量为： ·电场 ·电流密度 ·电荷密度 ·传导焦耳热 电场分析在工程设计中有广泛应用：汇流条、保险丝、传输线等。 很多情况下，先进行电流传导分析，或者同时进行热分析，以确定因焦耳热而导致的温度分布。也可以在电流传导分析之后直接进行磁场分析以确定电流产生的磁场。有关这方面的内容请参见《ANSYS 耦合场分析指南》。本章只讲单纯的电场分析，主要是稳态电流传导分析、静电场分析和电路分析。 进行电流传递分析要求ANSYS/Multiphysics或者ANSYS/Emag模块。这两个模块还可以进行静电场和电路分析。 ANSYS以泊松方程为静电场分析的基础。参见《ANSYS理论手册》。主要的未知量（节点自由度）是标量电位(电压)。其他物理量由节点电位导出。 13.2 电场分析要用到的单元 表1 传导杆单元 表 2 2-D实体单元
表 3 3-D实体单元 表 4 壳单元 表 5 特殊单元 表 6 通用电路单元
13.3 单元兼容性 有限元模型中可能含带电压自由度的单元，这些单元需要相应的反作用力。见下表。 表7 带电压自由度单元的反作用力
13.4 稳态电流传导分析简介 稳态电流传导分析可以分析计算直流电流和电压降产生的电流密度和电位分布。可以进行两种加载：电压和电流。 稳态电流传导分析认为电压和电流成线性关系，即电流与所加电压成正比。 13.5 稳态电流传导分析的步骤 稳态电流传导分析要确定直流电或电势降导致的电流密度分布和电势（电压）分布，在此分析中载荷有两种类型：外加电压和电流。假定稳态电流传导分析是线性的，即：电流与所加电压成正比。 稳态电流传导分析有三个主要的步骤： 1.建立模型 2.加载并求解 3.观察结果。 13.5.1建立模型 建立模型，定义工作文件名和标题： 命令：/FILNAME, /TITLE GUI：Utility Menu>File>Change Jobname Utility Menu>File>Change Title 在GUI参数选择框中选择Electric选项。以便能够选择需要的单元。 GUI:Main Menu>Preferences>Electromagnetics>Electric 然后按照《ANSYS建模与分网指南》中的描述定义单元类型、定义材料特性并建立几何模型。 在电流传导分析中，可以使用下列单元： ·LINK68：三维二节点热/电线单元 ·PLANE67：二维四节点热/电四边形单元 ·SOLID5：三维八节点结构/热/磁/电六面体单元
Ansys电磁场分析指南第一章磁场分析概述
第一章磁场分析概述 1.1磁场分析对象 利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS 可分析计算下列的设备中的电磁场，如： ·电力发电机·磁带及磁盘驱动器 ·变压器·波导 ·螺线管传动器·谐振腔 ·电动机·连接器 ·磁成像系统·天线辐射 ·图像显示设备传感器·滤波器 ·回旋加速器 在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为： ·磁通密度·能量损耗 ·磁场强度·磁漏 ·磁力及磁矩· S-参数 ·阻抗·品质因子Q ·电感·回波损耗 ·涡流·本征频率 存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。 1.2ANSYS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。 1.3静态、谐波、瞬态磁场分析
利用ANSYS可以完成下列磁场分析： ·2-D静态磁场分析，分析直流电(DC)或永磁体所产生的磁场，用矢量位方程。参见本书“二维静态磁场分析” ·2-D谐波磁场分析，分析低频交流电流(AC)或交流电压所产生的磁场，用矢量位方程。参见本书“二维谐波磁场分析” ·2-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，包含永磁体的效应，用矢量位方程。参见本书“二维瞬态磁场分析” ·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用标量位方法。参见本书“三维静态磁场分析（标量位方法）” ·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用棱边单元法。参见本书“三维静态磁场分析（棱边元方法）” ·3-D谐波磁场分析，分析低频交流电所产生的磁场，用棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维谐波磁场分析（棱边元方法）” ·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，用棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维瞬态磁场分析（棱边元方法）” ·基于节点方法的3-D静态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D静态磁场分析” ·基于节点方法的3-D谐波磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D谐波磁场分析” ·基于节点方法的3-D瞬态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D瞬态磁场分析” 1.4关于棱边单元、标量位、矢量位方法的比较 什么时候选择2－D模型，什么时候选择3－D模型？标量位方法和矢量位方法有何不同？棱边元方法和基于节点的方法求解3-D问题又有什么区别？在下面将进行详细比较。 3-D分析就是用3-D模型模拟被分析的结构。现实生活中大多数结构需要3-D 模型来进行模拟。然而3-D模型对建模的复杂度和计算的时间都有较高要求。所以，若有可能，请尽量考虑用2-D模型来进行建模求解。
ansys大作业ANSYS电磁场分析及与ansoft仿真分析.
期末大作业 题目:简单直流致动器 ANSYS电磁场分析及与ansoft仿真分析结果比较作者姓名:柴飞龙学科(专业:机械工程 学号:21225169
所在院系:机械工程学系 提交日期2013 年 1 月 1、背景简述: ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用软件有限元分析软件,是现代产品设计中的高级CAE 工具之一。而ansoft Maxwell 软件是一款专门分析电磁场的分析软件,如传感器、调节器、电动机、变压器等。 本人在实验室做的课题涉及到电机仿真,用的较多的是ansoft 软件,因为其对电机仿真的功能更强大,电机功能模块更多,界面友好。 现就对一电磁场应用实例,用ANSYS 进行仿真分析,得到的结果与ansoft 得到的结果进行简单核对比较。 2、问题描述: 简单直流致动器由2个实体圆柱铁芯,中间被空气隙分开的部件组成,线圈中心点处于空气隙中心。衔铁是导磁材料,导磁率为常数(即线性材料,r μ=1000,线圈是可视为均匀材料,空气区为自由空间(1=r μ,匝数为2000,线圈励磁为直流电流:2A 。模型为轴对称。
3、 ANSYS 仿真操作步骤: 第一步:Main menu>preferences
第二步:定义所有物理区的单元类型为PLANE53 Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete
第三步:设置单元行为 模拟模型的轴对称形状,选择Options(选项
第四步:定义材料 Preprocessor>Material Props> ?定义空气为1号材料(MURX = 1 ?定义衔铁为2号材料(MURX = 1000 ?定义线圈为3号材料(自由空间导磁率,MURX=1
ANSYS电磁场分析指南 第十二章 远场单元
第十二章远场单元 使用远场单元可使我们在模型的外边界不用强加边界条件而说明磁场、静电场和热场的远场耗散的问题。下图为一四分之一对称的2-D偶极子有限元模型。如果不用远场单元，就必须使模型扩展到假定的无限位置，然后再说明磁力线平行或磁力线垂直边界条件。而如果使用远场单元(INFIN9)，只需为一部分空气建模，而有效地、精确地、灵活地描述了远场耗散问题。 使用远场单元（这里用的是INFIN9），只需要为一部分空气建模，结果如图2所示。 到底应该为多少空气建模，这要依赖于所处理的问题。如问题中的磁力线相对较闭合（很少磁漏），这样只需为一小部分空气建模；而对磁力线相对较开放的问题，就需要为较大部分空气建模。 12.1 远场单元
ANSYS提供如下表所示的远场单元： 注：INFIN110和INFIN111单元使你在离瞬态热源一定距离处正确地模拟热传导效应。 12.2 使用远场单元的注意事项 1、INFIN9单元和INFIN47单元的放置应以全局坐标原点为中心，通常在有限元边界上的圆弧形远场单元会得到最佳结果。 2、用INFIN110单元和INFIN111单元为远场效应建模时具有更大的灵活性。 3、INFIN110单元和INFIN111单元的“极向(Pole)”应与扰动（如载荷）中心一致。有时可能会有多个“极向”，有的可能不落在坐标圆点，这时单元极向应与最近的扰动一致，或与所有扰动的近似中心一致。与INFIN9 和INFIN47单元相比，INFIN110和INFIN111单元不需以全局坐标圆心为中心。 4、当用INFIN110和INFIN111单元时，必须给它们的外表面加无限表面(INF)标志，用SF族命令或其相应的GUI路径。
ANSYS电磁场分析指南 第八章 3-D瞬态磁场分析(棱边单元法
第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法） 8.1 用棱边元方法进行3-D瞬态分析 用棱边元方法进行3-D瞬态分析的步骤与下一章的用MVP方法进行瞬态分析的步骤大体一样，只不过它们使用不同的自由度和运算法则，棱边元方法使用Frontal、sparse、JCG和ICCG求解器。参见《ANSYS基本过程手册》中求解器的详细介绍。 ANSYS支持3D静态、时谐、瞬态棱边单元分析。前面两章讨论的是静态和时谐分析，本章讨论瞬态分析。 8.2 3-D瞬态磁场分析（棱边元方法）的步骤 1. 在GUI菜单过滤中选定Magnetic-Edge项 2. 定义任务名和题目 命令：/FILNAME和/TITLE GUI:Utility Menu>File>Change Jobname Utility Menu>File>Change Title 3. 进入ANSYS前处理器 命令：/PREP7 GUI:Main Menu>Preprocessor 4. 选择SOLID117单元 命令：ET,solid117 GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete 5. 定义SOLID117单元选项 对导电区用AZ-VOLT自由度，对不导电区用AZ自由度。 命令：KEYOPT GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete
与第七章“谐波分析”描述的类似 6．定义材料特性 对涡流区必须说明电阻值RSVX，材料定义的过程详见第二章。 7．建立模型 用Main Menu>Preprocessor>-Modeling-界面。 8. 赋予特性 命令：VATT GUI: Main menu>Preprocessor>-Attributes-Define 9. 划分网格（用Mapped网格） 命令：VMESH GUI:Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volumes-Mapped 10. 进入求解器 命令：/SOLU GUI:Main Menu>Solution 11．给模型边界加磁力线平行和磁力线垂直边界条件 命令：DA GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary 用AZ=0来模拟磁力线平行边界条件，磁力线垂直边界条件是自然边界条件，无需说明。 12. 给绞线圈加电流密度载荷 命令：BFE,js GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation 除了加电流密度载荷外，还可以给一个块导体加总电流： 命令：F,,amps