ANSYS電磁場(chǎng)分析指南第三章2D諧波AC磁場(chǎng)分析

1、第三章-諧波（）磁場(chǎng)分析3.1 什么是諧波磁場(chǎng)分析諧波效應(yīng)來自于電磁設(shè)備和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體中的交流電(AC)和外加諧波電磁場(chǎng)，這些效應(yīng)主要包括：·渦流·集膚效應(yīng)·渦流致使的能量損耗·力和力矩·阻抗和電感諧波分析的典型應(yīng)用為：變壓器、感應(yīng)電機(jī)、渦流制動(dòng)系統(tǒng)和大多數(shù)AC設(shè)備。諧波分析中中不允許存在永磁體。忽略磁滯效應(yīng)。3.2 線性與非線性諧波分析對(duì)于低飽和狀態(tài)，進(jìn)行線性的時(shí)間-諧波分析時(shí)，可假設(shè)導(dǎo)磁率為常數(shù)。對(duì)于中高飽和條件，應(yīng)考慮進(jìn)行非線性的時(shí)間-諧波分析或時(shí)間-瞬態(tài)求解（第4章）。對(duì)于交流穩(wěn)態(tài)激勵(lì)的設(shè)備，在中等到高飽和狀態(tài)，分析人員最感興趣的要獲得總的

2、電磁力、力矩和功率損失，很少涉及實(shí)際磁通密度具體波形。在這種情況下，可進(jìn)行非線性時(shí)間-諧波分析，這種分析能計(jì)算出具有很好精度的“時(shí)間平均”力矩和功率損失，又比進(jìn)行瞬態(tài)-時(shí)間分析所需的計(jì)算量小得多。非線性時(shí)間-諧波分析的基本原則是由用戶假定或基于能量等值方法的有效B-H曲線來替代直流B-H曲線。利用這種有效B-H曲線，一個(gè)非線性瞬態(tài)問題能有效地簡(jiǎn)化為一個(gè)非線性時(shí)間-諧波問題。在這種非線性分析中，除了要進(jìn)行非線性求解計(jì)算外，其它都與線性諧波分析類似。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，在給定正弦電源時(shí)，非線性瞬態(tài)分析中的磁通密度B是非正弦波形。而在非線性諧波分析中，B被假定為是正弦變化的。因此，它不是真實(shí)波形，只是一個(gè)真實(shí)

3、磁通密度波形的時(shí)間基諧波近似值。時(shí)間平均總力、力矩和損失是由近似的磁場(chǎng)基諧波來確定，逼近于真實(shí)值。3.3 二維諧波磁場(chǎng)分析中要用到的單元在渦流區(qū)域，諧波模型只能用矢量位方程描述，固只能用下列單元類型來模擬渦流區(qū)。詳細(xì)情況參見ANSYS單元手冊(cè)，該手冊(cè)以單元號(hào)為序排列。ANSYS理論參考手冊(cè)也有進(jìn)一步的講述。表1. 2-D實(shí)體單元單元維數(shù)形狀或特性自由度PLANE132-D四邊形，4節(jié)點(diǎn)或三角形，3節(jié)點(diǎn)每節(jié)點(diǎn)最多4個(gè)：磁矢勢(shì)(AZ)、位移、溫度、或時(shí)間積分電勢(shì)。PLANE532-D四邊，8節(jié)點(diǎn)或三角形，6節(jié)點(diǎn)每節(jié)點(diǎn)最多4個(gè)：磁矢勢(shì)（AZ）、時(shí)間積分電勢(shì)、電流、或電動(dòng)勢(shì)降。表 2. 遠(yuǎn)場(chǎng)單元單元維

4、數(shù)形狀或特性自由度INFIN92-D線型，2節(jié)點(diǎn)磁矢勢(shì)(AZ)INFIN1102-D四邊形，4個(gè)或8個(gè)節(jié)點(diǎn)磁矢勢(shì)(AZ)、電勢(shì)、溫度表 3. 通用電路單元單元維數(shù)形狀或特性自由度CIRCU124無6節(jié)點(diǎn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多三個(gè)：電勢(shì)、電流或電動(dòng)勢(shì)降3.4 創(chuàng)建2-D諧波磁場(chǎng)的物理環(huán)境正如ANSYS其他分析類型一樣，對(duì)于諧波磁分析，要建立物理環(huán)境、建模、給模型區(qū)賦予屬性、劃分網(wǎng)格、加邊界條件和載荷、求解、然后觀察結(jié)果。2-D諧波磁分析的大多數(shù)步驟都與2-D靜磁分析的步驟相似。本章只討論與諧波分析相關(guān)的特殊步驟。2-D諧波磁分析采用與第2章“2-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析”同樣的步驟來設(shè)置GUI選項(xiàng)、分析標(biāo)題、單元類

5、型和KEYOPT（關(guān)鍵選項(xiàng)）、單元坐標(biāo)系、實(shí)常數(shù)和單位制。定義材料性質(zhì)時(shí)，使用在第2章中描述的方法，即：使用ANSYS材料庫所定義的材料性質(zhì)或ANSYS用戶自己定義的材料性質(zhì)。下面介紹對(duì)模型設(shè)置物理區(qū)域的某些準(zhǔn)則： 利用自由度來控制導(dǎo)體上的終端條件ANSYS程序提供幾種選項(xiàng)來控制導(dǎo)體上的終端條件，在建模中，這些選項(xiàng)提供了足夠的方便性。例如：線繞和塊狀導(dǎo)體、短路和開路情況、線路供電裝置等，要模擬這些實(shí)體，執(zhí)行下列內(nèi)容：·在導(dǎo)體區(qū)增加額外的自由度（DOF）·賦予所需的實(shí)常數(shù)、材料性質(zhì)和對(duì)自由度的特殊處理。單元類型和選項(xiàng)、材料性質(zhì)、實(shí)常數(shù)、以及單元坐標(biāo)系，都是實(shí)體模型的屬性，用A

6、ATT和VATT命令或其等效的GUI路徑指定。3.4.2 AZ選項(xiàng)由于沒有標(biāo)量電勢(shì)，即導(dǎo)體內(nèi)電壓降為0，固可通過設(shè)定AZ 自由度（DOF）來模擬短路條件的導(dǎo)體。3.4.3 AZVOLT選項(xiàng)AZVOLT選項(xiàng)通過在全域電場(chǎng)計(jì)算中引入電勢(shì)來模擬具有各種終端情況的塊狀導(dǎo)體：E¶A/¶t Ñ V注：在ANSYS中，V由Vdt（時(shí)間積分電勢(shì)）代替該選項(xiàng)通過允許控制其電場(chǎng)（VOLT），使用戶可更方便地模擬開路、電流供電塊導(dǎo)體和共端點(diǎn)多導(dǎo)體等情況。電位的單位為“伏秒”，其在ANSYS 中的自由度為 VOLT。在軸對(duì)稱分析中，r×VOLT。在平面或軸對(duì)稱分析中，整個(gè)導(dǎo)體截

7、面的是常數(shù)（即電壓降只發(fā)生在出平面方向上），為了保證這一點(diǎn)，必須耦合各個(gè)導(dǎo)體區(qū)的節(jié)點(diǎn)：命令：CPGUI：Main Menu> Preprocessor > Coupling /Ceqn /Couple DOFs由于所有節(jié)點(diǎn)的電壓一樣，進(jìn)行耦合操作可減少未知數(shù)。3.4.4 AZCURR選項(xiàng)用AZCURR選項(xiàng)可模擬一個(gè)載壓絞線圈。CURR自由度代表線圈中每匝電流。在線圈上加電壓（加到所有線圈單元上）的方式是：命令：BFE，VLTGGUI：Main Menu >Solution > LoadsApply > MagneticExcitation > -Voltag

8、e drop-On Elements也可用BFA命令在實(shí)體模型的面上加電壓降。用BFTRAN或SBCTRAN命令可以把施加在實(shí)體模型上電壓降轉(zhuǎn)換到有限元模型上。在絞線圈中不計(jì)算渦流，因?yàn)槔@線導(dǎo)線間假定為絕緣的。線圈參數(shù)用實(shí)常數(shù)描述，ANSYS程序利用這些實(shí)常數(shù)來計(jì)算線圈的電阻和電感。載壓絞線圈只有用PLANE53和SOLID97單元模擬，且必須定義單元特定的實(shí)常數(shù)，以描述絞線圈導(dǎo)體。絞線圈區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的CURR自由度必須要耦合，以確保采用一個(gè)公式來求解線圈中的電流。 模型物理區(qū)域的特征和設(shè)置ANSYS程序提供了幾個(gè)選擇來處理在2D磁分析中導(dǎo)體上的終端條件，如右圖圖2帶終端條件導(dǎo)體的物理區(qū)域所

9、示。下面將對(duì)各種終端條件作簡(jiǎn)要介紹。塊狀導(dǎo)體短路條件自由度: AZ材料特性：mr (MURX), r(RSVX)注：渦流形成閉合回路，由于短路，導(dǎo)體中不存在電壓降塊狀導(dǎo)體開路條件自由度: AZ, VOLT材料特性：mr (MURX), r(RSVX)特殊特性：耦合VOLT自由度注：導(dǎo)體中不存在凈電流，在軸對(duì)稱分析中模擬有缺口的導(dǎo)體載流塊導(dǎo)體DOFs: AZ, VOLT材料特性：mr(MURX), r(RSVX)特殊特性：耦合VOLT自由度，再給某個(gè)節(jié)點(diǎn)上加總電流(F,amps命令)注：假定由電流源發(fā)出的凈電流為短路回流，該電流不受外界影響載壓絞線圈DOFs: AZ, CURR材料特性：mr(M

10、URX), r(RSVX)實(shí)常數(shù)：CARE, TUEN, LENG, DIRZ, FILL特殊特性：耦合CURR自由度，再用BFE或BFA命令加電壓降(VLTG)注：只能用PLANE53單元來建模，所加電壓不受外界影響共地多導(dǎo)體自由度：AZ，VOLT材料性質(zhì)：mr(MURX), r(RSVX)特殊特性：所有導(dǎo)體域節(jié)點(diǎn)電壓自由度耦合到一個(gè)耦合節(jié)點(diǎn)集中注：用于模擬如端部效應(yīng)能忽略的鼠籠轉(zhuǎn)子等設(shè)備載流絞線圈DOFs: AZ材料特性：mr(MURX)特殊特性：沒有渦流，直接加源電流密度JS(BFE、BFL或BFA命令)注：假定線圈中的電流為一恒定的交流電流，其值不受外界影響。電流密度可根據(jù)線圈匝數(shù)，每

11、匝中的電流值和線圈橫截面積來確定。電路供電絞線圈自由度：AZ，CURR，EMF材料性質(zhì)：mr(MURX), r(RSVX)實(shí)常數(shù)：CARE，TURN，LENG，DIRZ，F(xiàn)ILL特殊特性：區(qū)域內(nèi)耦合CURR和EMF自由度注：模擬由外電路（CIRCU124）單元供電絞線圈。詳見ANSYS耦合揚(yáng)分析指南的“電磁電路耦合”。電路供電塊狀導(dǎo)體自由度：AZ，CURR，EMF材料性質(zhì)：mr(MURX), r(RSVX)實(shí)常數(shù)：CARE， LENG特殊特性：區(qū)域內(nèi)耦合CURR和EMF自由度注：模擬由外電路（CIRCU124單元）供電塊狀導(dǎo)體。詳見ANSYS耦合揚(yáng)分析指南的“電磁電路耦合”。鐵芯疊片DOFs:

12、 AZ材料特性：mr(MURX)或B-H曲線模擬可以忽略渦流的導(dǎo)磁材料，只要求AZ自由度。空氣DOFs: AZ材料特性：mr(MURX=1)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體（速度效應(yīng)）用PLANE53單元可模擬以恒定速度運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體的速度效應(yīng)。詳見本章和第2章中對(duì)速度效應(yīng)的描述。 速度效應(yīng)在交流（AC）激勵(lì)下，可以求解運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體在某些特殊情況下的電磁場(chǎng)。對(duì)于靜態(tài)、諧波和瞬態(tài)分析，速度效應(yīng)都是有效的。第2章“2-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析”討論了運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體分析的應(yīng)用例子和限制條件。對(duì)于諧波分析，速度效應(yīng)只限于線性情況（不能有B-H曲線）。對(duì)單元的KEYOPT選項(xiàng)和實(shí)常數(shù)設(shè)置，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體2-D諧波分析步驟與2-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析完全類似。在諧波

13、分析中，速度設(shè)置為常數(shù)，不正弦變化（與線圈和場(chǎng)激勵(lì)不同）。在后處理中可計(jì)算磁雷諾數(shù)（Reynolds），磁雷諾數(shù)表征速度效應(yīng)和問題的數(shù)值穩(wěn)定性。其計(jì)算公式如下：Mrevd/式中為導(dǎo)磁率，為電阻率，v為速度，d為導(dǎo)體單元特征長(zhǎng)度（運(yùn)動(dòng)方向上）。磁雷諾數(shù)只在靜態(tài)或瞬態(tài)分析時(shí)有意義。對(duì)于在相對(duì)小雷諾值時(shí)，運(yùn)動(dòng)方程才有效和準(zhǔn)確，一般量級(jí)為1.0。較高雷諾數(shù)值時(shí)，求解精度隨問題而比變化。除求解場(chǎng)之外，還能求出由于運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的導(dǎo)體電流（運(yùn)動(dòng)電流可在后處理器中獲得）。3.5 建立模型，劃分網(wǎng)格，賦予特性關(guān)于建模、給模型區(qū)域賦屬性和劃分網(wǎng)格的詳細(xì)內(nèi)容，可參見第二章。 關(guān)于集膚深度電磁場(chǎng)在導(dǎo)體中的穿透深度是頻率、

14、導(dǎo)磁率和導(dǎo)電率的函數(shù)，當(dāng)對(duì)場(chǎng)和焦耳熱損失的計(jì)算精度要求較高時(shí)，在導(dǎo)體表面附近必須要?jiǎng)澐肿銐蚣?xì)的有限元網(wǎng)格，以模擬這種集膚現(xiàn)象。通常，在集膚深度內(nèi)至少要?jiǎng)澐忠粚踊騼蓪訂卧?。趨膚深度可以按下式進(jìn)行估算：這里，d是集膚深度（m），f是頻率（Hz），m是絕對(duì)導(dǎo)磁率（H/m），s是導(dǎo)電率（S/m）。3.6 加邊界條件和勵(lì)磁載荷在諧波磁分析中，可將邊界條件和載荷施加到實(shí)體模型上（關(guān)鍵點(diǎn)、線和面），也可以施加到有限元模型上（節(jié)點(diǎn)和單元）。給2D諧波分析加邊界條件和載荷，使用與第2章“2-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析”中所述的完全相同的GUI路徑和宏命令。對(duì)于一個(gè)諧波磁分析，可以定義三種類型的載荷步選擇：動(dòng)態(tài)選項(xiàng)、通用選項(xiàng)

15、和輸出控制。本手冊(cè)第16章對(duì)這些載荷步選擇有詳細(xì)描述。 使用PERBC2D宏命令使用PERBC2D宏，可對(duì)2-D分析自動(dòng)定義周期性邊界條件。PERBC2D對(duì)兩個(gè)周期對(duì)稱面施加必要的約束方程或定義節(jié)點(diǎn)耦合。使用該宏命令的方式如下：命令：PERBC2DGUI：Main Menu >Preprocessor > Loads >-loads-Apply > -Magnetic-Boundary >-Vector Poten-Periodic BCs在第11章 “磁宏”中對(duì)該宏的使用有詳細(xì)描述。 幅值、相位角和工作頻率根據(jù)定義，諧波分析假定任何外加載荷都是隨時(shí)間呈諧波（正弦

16、）變化的，這樣的載荷需要說明幅值（0到峰值）、相位角和工作頻率。.1 幅值所加載荷的最大值（0到峰值）；.2相位角相位角是載荷相對(duì)于參考值在時(shí)間上的落后（或超前）量。在復(fù)平面（見圖3“實(shí)部/虛部分量和幅值/相位角關(guān)系圖”）中，相位角就是和實(shí)軸的夾角。只有存在多個(gè)不同相載荷時(shí)，才需用到相位角。（如三相電機(jī)分析）施加不同相的電流密度或電壓時(shí)，在BF、BFE或BFK命令（或它們的等效菜單路徑）中的相位（PHASE）區(qū)域，輸入度數(shù)來表示各自的相位角。對(duì)于不同相的矢量位或電流段，在相應(yīng)的加載命令（或等效菜單路徑）的VALUE1和VALUE2區(qū)域中，分別輸入復(fù)數(shù)載荷的實(shí)部和虛部分量。圖3 “實(shí)部/虛部分量

17、和幅值/相位角關(guān)系圖”顯示了如何計(jì)算實(shí)部和虛部分量。.3 工作頻率就是交流電的頻率（單位Hz），可按如下定義：命令：HARFRQGUI:Main menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Freq and Supsteps 給絞線型導(dǎo)體加源電流密度命令：BFE,JSGUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation>Curr Density也可用BFA命令對(duì)實(shí)體模型上的面加源電流密度。 給塊狀導(dǎo)體加電流電流(AMPS)

18、是節(jié)點(diǎn)電流載荷，僅用于施加給帶有強(qiáng)加電流的塊導(dǎo)體區(qū)域。在2-D分析中，這種載荷要求PLANE13單元和PLANE53單元的自由度設(shè)置為AZ和VOLT。電流表示通過導(dǎo)體的總的電流值，僅僅用于2-D平面或軸對(duì)稱模型分析。要想給具有集膚效應(yīng)的橫截面上加均勻電流，必須對(duì)橫截面上的VOLT自由度進(jìn)行耦合：命令：CPGUI:Main Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Couple DOFs在2-D平面或軸對(duì)稱模型中，選擇集膚效應(yīng)區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)，并耦合其VOLT自由度后，再給橫截面上某一個(gè)節(jié)點(diǎn)加電流：命令：FGUI:Main Menu>Preproce

19、ssor>Loads>-Loads-Apply>-Electric-Excitation>-Impressed Curr-On Nodes給2-D模型施加強(qiáng)加電流的另一種方法是加均勻電流密度(JS體載荷)，這由通過集膚效應(yīng)區(qū)的總的強(qiáng)加電流除以橫截面積得到：命令：BF,BFEGUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic- Excitation>-Curr Density-On Elements也可用BFL和BFA命令分別對(duì)實(shí)體模型上的線和面加源電流密度。用BFTRAN或SBCT

20、RAN命令可以把施加在實(shí)體模型上源電流密度轉(zhuǎn)換到有限元模型上。 給絞線圈加電壓載荷這種載荷定義絞線圈上的總電壓降（幅值和相位角），使用MKS單位制，只能使用帶有AZ,CURR自由度的PLANE53單元。按照如下方式加電壓降載荷：命令：BFEGUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation>voltage drop也可用BFA命令對(duì)實(shí)體模型上的面加電壓降。用BFTRAN或SBCTRAN命令可以把施加在實(shí)體模型上電壓降轉(zhuǎn)換到有限元模型上。要想得到正確的解，必須將線圈

21、所有節(jié)點(diǎn)的CURR自由度耦合起來（否則將導(dǎo)致求解錯(cuò)誤），因?yàn)镃URR是代表線圈中每匝的電流值，是唯一的。 加標(biāo)志.1 力標(biāo)志用ANSYS 的FMAGBC宏命令標(biāo)記一個(gè)物體，就可以在求解器和后處理器中對(duì)它進(jìn)行力或力矩計(jì)算。此宏自動(dòng)加虛位移和Maxwell面標(biāo)志（后面討論）。物體必須至少被一層空氣單元包圍，并被定義成一個(gè)部件，然后按如下方式執(zhí)行加載：命令：FMAGBC，CnameGUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>-loads-Apply>-Magnetic-Flag>Comp. Force/TorqMain Menu>Soluti

22、on>-loads-Apply >- Magnetic-Flag>Comp. Torque/Torq在POST1后處理器中，用FMAGSUM和TORQSUM宏可分別對(duì)力和力矩求和。.2無限遠(yuǎn)表面標(biāo)志（INF）這并不是實(shí)際載荷，但有限元計(jì)算要求把無限遠(yuǎn)單元的指向開放區(qū)域的外表面作上此標(biāo)志。 其他載荷.1 Maxwell面（MXWF）Maxwell面不是真正的載荷，它只是給模型中將要進(jìn)行力和力矩計(jì)算的面加標(biāo)志。一般加給鄰近界面（空氣/鐵區(qū)分解面）的一層空氣單元加Maxwell面標(biāo)志，ANSYS（用Maxwell應(yīng)力張量的方法）計(jì)算出力后再將結(jié)果貯存到這些空氣單元中，再在POST1

23、后處理器中對(duì)它們求和而得到施加在該部分上的合力。同時(shí)可給多個(gè)部件加Maxwell面標(biāo)志，但這些部件不能共用同一層空氣單元。.2 磁虛位移(MVDI)磁虛位移標(biāo)志不是真正意義上的載荷，它只是給模型中將要進(jìn)行力和力矩計(jì)算的部件加標(biāo)志。和Maxwell面的作用相同，只不過用的是虛功方法。在感興趣區(qū)的所有節(jié)點(diǎn)上說明MVDI=1.0，在鄰近的空氣區(qū)節(jié)點(diǎn)上說明MVDI=0.0(缺省值)；也可以設(shè)置MVDI>1.0,但是一般都不這么做。計(jì)算所得的力和力矩結(jié)果就貯存在鄰近的空氣單元中。鄰近感興趣區(qū)的空氣單元最好是等厚度的。在POST1中，可以將每個(gè)空氣單元中的力進(jìn)行求和以得到合力。3.7 求解進(jìn)行2D諧

24、波分析求解的基本過程與進(jìn)行2D靜態(tài)磁場(chǎng)分析求解的過程一樣。主要不同在于定義一個(gè)不同的分析類型而已，另外，諧波分析要用到一些其他的后處理方法。 定義諧波分析類型命令：ANTYPE,harmic,newGUI:Main Menu>Solution>New Analysis如果是需要重啟動(dòng)一個(gè)分析（重啟動(dòng)一個(gè)未收斂的分析，或者施加了另外激勵(lì)的分析），使用命令A(yù)NTYPE, HARMIC,REST。如果先前分析的結(jié)果文件Jobname.EMAT, Jobname.ESAV, 和Jobname.DB還可用，就可以重啟動(dòng)分析。對(duì)于單一頻率作用下的非線性諧波分析問題，求解的方式是：命令：HMAG

25、SOLVGUI：Main Menu>Solution>-Solve-Electronmagnet>-Harmonic Analys-Opt&Solv后面第9點(diǎn)對(duì)HMAGSOLV宏有詳細(xì)描述，如果不用HMAGSOLV宏，則可按后面第2到第8條描述的方式進(jìn)行分析。此磁宏僅僅用于新的諧波分析，不能用于重啟動(dòng)的分析。定義分析選擇項(xiàng)可以用下面的“Full”全波方法來求解，這是缺省值。1）首先，定義分析方法：命令：HROPTGUI:Main Menu>Solution>Analysis Options2）然后，定義諧波自由度解在打印輸出（Jobname.out）文件中

26、的顯示方式（以實(shí)部/虛部的形式或幅值/相角的形式，前者為缺省值），該選項(xiàng)主要用于采用CURR和EMF自由度的電路耦合問題：命令：HROUTGUI： Main Menu > Solution > Analysis Options 選擇求解器可以選用Frontal（缺?。?、SPARSE、JCG或ICCG求解器，對(duì)大多數(shù)2-D分析推薦使用Frontal求解器。命令：EQSLVGUI： Main Menu > Solution > Analysis Options注意：只有先執(zhí)行了HROPT和HROUT命令的對(duì)話框后，才能彈出方程求解器對(duì)話框。對(duì)于非線性問題，在收斂準(zhǔn)則滿足后（

27、或達(dá)到最大迭代次數(shù)），程序才會(huì)停止迭代計(jì)算。設(shè)置收斂準(zhǔn)則的方式如下：命令：CNVTOLGUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Nonlinear>Convergence Crit.Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Nonlinear>Convergence Crit.用戶既可利用缺省的收斂準(zhǔn)則，也可定義自己的收斂準(zhǔn)則：1）缺省收斂準(zhǔn)則缺省情況下，程序?qū)z查四個(gè)自由度（AZ、VOLT、CURR、EMF）的收斂情況。檢查方式是將各自由度不平衡量的SRSS值（平方和

28、的平方根）與收斂準(zhǔn)則值（VALUE×TOLER）進(jìn)行比較。VALUE的缺省值與所選擇的范數(shù)（NORM）、當(dāng)前總自由度的值（程序選擇）和MINREF三者中的較大者的值相關(guān)。通常不用定義MINREF的值，TOLER的缺省值是0.001。對(duì)于自由度，收斂程序?qū)z查兩個(gè)迭代步之間自由度的變化量:U=Ui-Ui-12）自定義收斂準(zhǔn)則用戶可以自己定義收斂準(zhǔn)則，以代替缺省值。使用更加嚴(yán)格的收斂準(zhǔn)則可以提高結(jié)果的精度，但需要的迭代次數(shù)會(huì)多一些。如果想嚴(yán)格（和放寬）收斂準(zhǔn)則，可以通過將TOLER的值變化一、二個(gè)數(shù)量級(jí)來實(shí)現(xiàn)(通常不改變VALUE的缺省值)。 設(shè)置分析頻率很多電磁問題是作單頻分析。使用下

29、列方式設(shè)置分析頻率（Hz）：命令：HARFRQGUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Freq and Substps當(dāng)只有一個(gè)頻率時(shí)，使用該命令的“FREQB”區(qū)域或“FREQE” 區(qū)域都可以。 設(shè)置通用選項(xiàng)可定義諧波解的數(shù)目，這些諧波解（或子步）是平均分布在所定義的頻率范圍（HARFRQ命令）上的，例如，定義諧波頻率為30HZ到40HZ，要求解10個(gè)子步，則程序會(huì)計(jì)算在頻率為31HZ、32HZ、39HZ和40HZ處的解，范圍的最低端（即此處的30HZ）不做計(jì)算。定義諧波解數(shù)目的方式

30、如下：命令：NSUBSTGUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Freq and Substps還可定義激勵(lì)載荷是階躍變化或是斜坡變化：缺省值是斜坡變化，也就是說，激勵(lì)的幅值在每個(gè)載荷子步是逐漸變化的；若設(shè)置為階躍變化，則在整個(gè)頻率范圍內(nèi)的各個(gè)子步上，激勵(lì)的幅值保持不變。對(duì)于電磁場(chǎng)問題，激勵(lì)通常都是階躍變化的，斜坡變化有助于加快單一頻率作用下的非線性問題的收斂。命令：KBCGUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts

31、-Time/Frequency>Freq and Substps對(duì)于非線性諧波分析，可以定義每個(gè)頻率的平衡迭代次數(shù)，缺省值為25，建議將該值設(shè)為50或更高，以保證收斂。命令：NEQITGUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>Nonlinear>Equilibrium Iter 設(shè)置輸出控制設(shè)置在打印輸出文件（Jobname.out）中的輸出格式：命令：OUTPRGUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Output Ctrls>Solu Printout設(shè)置在

32、結(jié)果文件（Jobname.rth）中的輸出格式：命令：OUTRESGUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File 備份數(shù)據(jù)庫按工具條中的SAVE_DB按鈕備份數(shù)據(jù)。按照如下方式，可從結(jié)果文件中讀入數(shù)據(jù)：命令：RESUMEGUI：UtilityMenu > File > Resume Jobname. db 開始求解.1線性問題用下列方式命令：SOLVEGUI:Main Menu>Solution>Current LS.2非線性分析建議在每個(gè)

33、頻率按照下列步驟分兩步求解，以保證收斂：.2.1 把激勵(lì)在3至5個(gè)子步斜坡變化，每個(gè)子步只執(zhí)行一次平衡迭代用下列方式定義斜坡或階躍激勵(lì)：命令：KBCGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequency>Freq and Substps用下列方式定義3至5個(gè)子步：命令：NSUBSTGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Freq and Substps用下列方式定義一次平衡迭代：命令：N

34、EQITGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts- Nonlinear>Equilibrium Iter用下列方式開始求解：命令：SOLVEGUI: Main Menu>Solution>Current LS.2.2在一個(gè)子步內(nèi)，執(zhí)行50次以上的平衡迭代，獲得最終解。用下列方式定義1個(gè)子步：命令：NSUBSTGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Freq and Substps用下列方式定

35、義50次平衡迭代：命令：NEQITGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts- Nonlinear>Equilibrium Iter用下列方式定義自己的收斂準(zhǔn)則（替代缺省值）：命令：CNVTOLGUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Nonlinear>Convergence CritMain Menu>Solution>-Load Step Opts-Nonlinear>Convergence Crit用下列命令開

36、始求解：命令：SOLVE HMAGSOLV宏命令如果不使用上述的“兩步求解法”，則可以利用HMAGSOLV宏命令：命令：HMAGSOLVGUI：Main Menu>Solution>-Solve-Electromagnet>-Harmonic Analys-Opt&Solv該宏允許對(duì)每個(gè)自由度改變?nèi)笔〉氖諗繙?zhǔn)則。由于非線性諧波方程組的固有特性，其收斂要比靜態(tài)分析慢得多，缺省的收斂準(zhǔn)則應(yīng)能提供足夠的收斂精度。 收斂過程的圖形跟蹤當(dāng)進(jìn)行非線性電磁分析時(shí)，ANSYS計(jì)算每次平衡迭代的收斂范數(shù)和相應(yīng)的收斂標(biāo)準(zhǔn)。圖形求解跟蹤（GST）特性可以在批處理和交互式方式下顯示求解過程的

37、收斂準(zhǔn)則和收斂標(biāo)準(zhǔn)。在交互式時(shí)，缺省值為圖形求解跟蹤（GST）打開，批處理運(yùn)行時(shí)，缺省值為GST關(guān)閉。用下列方式打開或關(guān)閉GST：命令：/GSTGUI： Main Menu > Solution> Output Ctrls > Grph Solu Track圖5顯示的是一個(gè)典型的GST圖形。 完成求解命令：FINISHGUI:Main Menu>Finish3.8 觀察結(jié)果ANSYS/Multiphysics和ANSYS/Emag模塊把諧波電磁分析結(jié)果寫到磁場(chǎng)分析結(jié)果文件Jobname.RMG中，如果激活了電位（VOLT）、電流（CURR）或EMF自由度，則寫入Jobn

38、ame.RST文件中。結(jié)果包括下面所列數(shù)據(jù)，所有結(jié)果都在所計(jì)算的工作頻率下諧波變化?；緮?shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)自由度（AZ，VOLT，CURR）導(dǎo)出數(shù)據(jù)：·節(jié)點(diǎn)磁通密度（BX，BY，BSUM）·節(jié)點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度（HX，HY，HSUM）·節(jié)點(diǎn)磁力（FMAG：X，Y，SUM分量）·節(jié)點(diǎn)洛倫茲力（Lorentz）（FMAG：X，Y，SUM分量）·節(jié)點(diǎn)感生電流段（CSGZ）·單位體積焦耳熱（JHEAT）注意：對(duì)于非線性時(shí)諧分析，磁通密度B有可能超出B-H曲線輸入的值，這些值只是真實(shí)波形基頻諧波分量的近似值，而不是實(shí)際的值。參看ANSYS單元手冊(cè)可以提取更多的

39、數(shù)據(jù)。在POST1通用后處理器或POST26時(shí)間歷程后處理器中都能檢察分析結(jié)果。由于計(jì)算結(jié)果與輸入負(fù)載有相差（即輸出滯后于輸入），因而結(jié)果值是復(fù)數(shù)形式的，以實(shí)部和虛部分量的形式來計(jì)算和存儲(chǔ)。通用后處理器POST1用以檢察在給定頻率下整個(gè)模型上結(jié)果，而POST26時(shí)間歷程后處理器用以檢察在整個(gè)頻率范圍內(nèi)模型中給定位置處的結(jié)果。對(duì)于諧波磁場(chǎng)分析，頻率范圍通常只由AC頻率組成。因此，常用POST1檢察分析結(jié)果。選擇后處理器的方式：命令：/POST1，/POST26GUI：Main Menu > General PostprocMain Menu > Time Hist Postproc后

40、處理中常用的命令及其GUI路徑：后處理中常用的命令及其GUI路徑見下面表4。表4后處理命令及其GUI路徑功能命令GUI路徑選擇實(shí)數(shù)解SET，1，1，0Main Menu >General Postproc >ListResults>Results Summary選擇虛數(shù)解SET，1，1，1Main Menu >General Postproc >ListResults>Results Summary打印矢量勢(shì)自由度（AZ）5PRNSOL，AZMain Menu >General Postproc >ListResults>Nodal Sol

41、ution打印時(shí)間積分電位（VOLT）5PRNSOL，VOLTMain Menu >General Postproc >ListResults>Nodal Solution打印角節(jié)點(diǎn)上磁通密度1，5PRVECT，BMain Menu >General Postproc >ListResults>Vector Data打印角節(jié)點(diǎn)上磁場(chǎng)強(qiáng)度1，5PRVECT，HMain Menu >General Postproc >ListResults>Vector Data打印中心總電流密度5PRVECT，JTMain Menu >General

42、Postproc >ListResults>Vector Data打印角節(jié)點(diǎn)力2，6PRVECT，F(xiàn)MAGMain Menu >General Postproc >ListResults>Vector Data打印單元節(jié)點(diǎn)磁通密度5PRESOL，BMain Menu >General Postproc >ListResults>Element Solution打印單元節(jié)點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度5PRESOL，HMain Menu >General Postproc >ListResults>Element Solution打印單元質(zhì)心總電流密

43、度5PRESOL，JTMain Menu >General Postproc >ListResults>Element Solution打印單元節(jié)點(diǎn)力2，6PRESOL，F(xiàn)MAGMain Menu >General Postproc >ListResults>Element Solution打印磁能3，5PRESOL，SENSMain Menu >General Postproc >ListResults>Element Solution打印單位體積焦耳熱4，6PRESOL， JHEATMain Menu >General Postp

44、roc >ListResults>Element Solution建立質(zhì)心磁通密度5的X分量（Y和SUM分量與此類似）單元表ETABLE，Lab，B，XMainMenu >General Postproc > ElementTable> Define Table建立質(zhì)心磁場(chǎng)5的X 分量（Y和SUM分量與此類似）單元表ETABLE，Lab，H，XMain Menu>General Postproc > Element Table> Define Table建立單位體積焦耳熱的單元表選項(xiàng)4，6ETABLE，Lab， JHEATMain Menu>

45、;General Postproc > Element Table> Define Table建立質(zhì)心電流密度5的X分量（Y和SUM分量與此類似）單元表ETABLE，Lab， JT，XMain Menu>General Postproc > Element Table> Define Table建立單元磁力2，6的X分量（Y和SUM分量與此類似）單元表ETABLE，Lab， FMAG，XMain Menu>General Postproc > Element Table> Define Table建立單元儲(chǔ)能3單元表選項(xiàng)ETABLE，Lab， S

46、ENSMain Menu>General Postproc > Element Table> Define Table打印所選單元表選項(xiàng)PRETAB，Lab，1，Main Menu>General Postproc > List Results>Elem Table Data注：上述表中的上標(biāo)數(shù)字號(hào)含義如下（更詳信息見ANSYS理論手冊(cè)）：1與該節(jié)點(diǎn)相鄰的所有已選單元的平均值2力是在整個(gè)單元上求和的，但分布在其各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，以便用于耦合分析3磁能為單元總和4乘以單元體積得功率損失5對(duì)于諧波分析是瞬間值（在t=0和t =-90時(shí)的實(shí)部/虛部）6 RMS值：存放在

47、實(shí)部解集里的一種可比較值（對(duì)有速度效應(yīng)的區(qū)域要進(jìn)行實(shí)部和虛部的求和）用ETABLE命令可以得到很多不常用的項(xiàng)。還能用圖形的方式觀察上面提到的大多數(shù)項(xiàng)目，只需將上述命令的開頭用“PL”代替“PR”即可（例如，用PLNSOL代替PRNSOL，如下面的說明）：原命令替代命令GUI路徑PRNSOLPLNSOLUtility Menu>Plot>Results>Contour Plot>Nodal SolutionPRVECTPLVECTUtility Menu>Plot>Results>Vector PlotPRESOLPLESOLUtility Menu&g

48、t;Plot>Results>Contour Plot>Elem SolutionPRETABPLETABUtility Menu>Plot>Results>Contour Plot>Elem Table Data也可以圖形繪制單元表項(xiàng)，詳見ANSYS基本分析過程指南。ANSYS參數(shù)設(shè)計(jì)語言（APDL）也包含在后處理中很有用的命令。為了方便地進(jìn)行結(jié)果處理，ANSYS還提供了一些磁宏命令。關(guān)于APDL更多信息見APDL程序員指南。本手冊(cè)的第11章詳細(xì)講述了磁宏命令。 讀結(jié)果數(shù)據(jù)為了在POST1中檢察結(jié)果，ANSYS數(shù)據(jù)庫必須包含已進(jìn)行了求解的模型，且結(jié)果

49、文件（Jobname.RMG或Jobname.RST）必須存在。諧波磁場(chǎng)分析的結(jié)果為復(fù)數(shù)，由實(shí)部和虛部分量組成。讀取的方式如下（不能同時(shí)讀二種分量）：命令：SETGUI： Utility Menu>List > Results>Load Step Summary實(shí)部和虛部的SRSS值（平方和之平方根）才是結(jié)果的真實(shí)幅值，這可通過后處理中的載荷工況（load case）操作實(shí)現(xiàn)。.1 等值線顯示幾乎所有的結(jié)果項(xiàng)（包括磁通量密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度），都可以用等值圖的方式顯示出來：命令：PLNSOL，PLESOLGUI： Utility Menu>Plot>Results>

50、;Contour Plot>Elem SolutionUtility Menu>Plot>Results>Contour Plot>Nodal Solution注意：導(dǎo)出數(shù)據(jù)（如磁通密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度）的等值線顯示是在節(jié)點(diǎn)上作平均后的數(shù)據(jù)。在PowerGraphics模式（缺省值）下，可以觀察不連續(xù)材料任何位置的節(jié)點(diǎn)平均值。通過下列方式打開PowerGraphics模式：命令：/GRAPHICS, POWER GUI：Utility Menu>PlotCtrls> Style>Hidden-Line Options.通常一些導(dǎo)出數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)平均數(shù)據(jù)在材

51、料不連續(xù)處無效，這時(shí)可打開工具條中的Powergraphics選項(xiàng)。.2 矢量顯示矢量顯示(不要與矢量模式混淆)可以方便地觀看一些矢量（如A，B, H和FMAG等）的大小和方向。命令：PLVECTGUI:Utility Menu>Plot>Results>Vector Plot對(duì)于矢量列表顯示，使用下列方式：命令：PRVECTGUI:Utility Menu>List>Results>Vector Plot.3 列表顯示在列表顯示之前，可先對(duì)結(jié)果進(jìn)行按節(jié)點(diǎn)或按單元排序：命令：ESORT，NSORTGUI:Main Menu>General Postpr

52、oc>List Results>Sort NodesMain Menu>General Postproc>List Results>Sort Elems然后再進(jìn)行列表顯示：命令：PRESOLPRNSOLPRRSOLGUI:Main Menu>General Postproc>List Results>Element SolutionMain Menu>General Postproc>List Results>Nodal SolutionMain Menu>General Postproc>List Results&

53、gt;Reaction Solu.4 磁力ANSYS可計(jì)算三種磁力：·時(shí)間平均洛倫茲力(J´B力)程序自動(dòng)對(duì)所有的載流單元進(jìn)行受力計(jì)算，這些力保存在“實(shí)部解”數(shù)據(jù)集里面（參看SET命令如何提取“實(shí)部解”）。選擇所有載流單元后，可用PRNSOL,fmag命令對(duì)這些單元力進(jìn)行列表顯示。同時(shí)，也可對(duì)力進(jìn)行求和，方式如下：首先，將這些單元力移入到單元表中：命令：ETABLE,tablename,fmag,x(或y)GUI:Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table然后，對(duì)單元表進(jìn)行求和：命令：SSUM

54、GUI:Main Menu>General Postproc>Element Table>Sum of Each Item對(duì)有速度效應(yīng)的區(qū)域（KEYOPT(2) = 1），要進(jìn)行實(shí)部和虛部的求和，才能獲得時(shí)間平均力。·時(shí)間平均Maxwell力；對(duì)于哪些加了MXWF表面加載標(biāo)志的單元，可計(jì)算Maxwell力。對(duì)Maxwell力進(jìn)行列表，需要先選擇所有加了標(biāo)志的單元，讀入“實(shí)部解數(shù)據(jù)集”，再執(zhí)行下列操作：命令：PRNSOL,fmagGUI:Main menu>General Postproc>List Results>Nodal Solution對(duì)施加

55、了部件邊界條件（用FMAGSBC宏命令）的部件，可以方便的求得時(shí)間平均Maxwell力，可按照如下方式用FMAGBC宏很方便地求和：命令：FMAGSUMGUI:Main Menu>General Postproc>Elec&Mag Calc>-2D and 3D-Comp. Force按照求解一般洛倫茲力的步驟（第2章），對(duì)這些力求和。注意：對(duì)有速度效應(yīng)的區(qū)域（KEYOPT(2) = 1），要對(duì)存儲(chǔ)在“實(shí)部解”和“虛部解”中的數(shù)據(jù)集進(jìn)行求和，以得到時(shí)間平均力。·時(shí)間平均虛功力對(duì)于那些在感興趣部件相鄰區(qū)域設(shè)定了MVDI標(biāo)記的一層空氣單元，可以計(jì)算虛功力。要獲取

56、這些力，請(qǐng)選擇所有載流單元，然后利用單元的NMISC記錄，用ETABLE命令按順序號(hào)（snum）存儲(chǔ)這些力（詳見ANSYS單元手冊(cè)對(duì)PLANE13的描述）。命令：ETABLE,tablename,nmisc,snumGUI:Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table將數(shù)據(jù)移入到數(shù)據(jù)表中后，可用PRETAB命令進(jìn)行列表：命令：PRETABGUI: Main Menu>General Postproc>Element Table>List Elem Table對(duì)施加了部件邊界條件（用FMAGBC宏命

57、令）的部件，可以方便的求得時(shí)間平均虛功力，命令：FMAGSUMGUIMain Menu>General Postproc>Elec&Mag Calc>-2D and 3D-Comp. Force再如洛倫茲力中所述，將這些力求和可得到合力。注意：對(duì)有速度效應(yīng)的區(qū)域（KEYOPT(2) = 1），要對(duì)存儲(chǔ)在“實(shí)部解”和“虛部解”中的數(shù)據(jù)集進(jìn)行求和，以得到時(shí)間平均力。.5 磁力矩ANSYS可計(jì)算三種磁力矩：·時(shí)間平均洛倫茲力矩(J´B力矩)程序自動(dòng)對(duì)所有的載流單元進(jìn)行力矩計(jì)算，并把力矩值存儲(chǔ)在“實(shí)部解”數(shù)據(jù)集，選擇這些載流單元后用ETABLE命令（或者其

58、等效GUI路徑）加上單元力矩值的序列號(hào)（NMISC記錄），將這些單元力矩移入到單元表中（參見ANSYS單元手冊(cè)中PLANE13 的選項(xiàng)和順序號(hào)以及ETABLE和ESOL的選項(xiàng)和順序號(hào)）：命令：ETABLE,tablename,NMISC,snumGUI:Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table當(dāng)力矩移動(dòng)到單元表后，可以用下列方式列出力矩值：命令：PRETABGUI：Main Menu>General Postproc>Element Table>List Elem Table也可以用用PLES

59、OL和PRESOL命令加上NMISC號(hào)列出結(jié)果。對(duì)單元表進(jìn)行求和，得到總力矩：命令：SSUMGUI:Main Menu>General Postproc>Element Table>Sum of Each Item注意：對(duì)有速度效應(yīng)的區(qū)域（KEYOPT(2) = 1），要對(duì)存儲(chǔ)在“實(shí)部解”和“虛部解”中的數(shù)據(jù)集進(jìn)行求和，以得到時(shí)間平均力。·Maxwell力矩ANSYS自動(dòng)對(duì)定義了“Maxwell表面”標(biāo)志“MXWF”的單元計(jì)算Maxwell力矩，其求解力矩的過程與求解洛倫茲力矩的過程一樣。如果通過FMAGBC將力矩設(shè)定為邊界條件，則可通過下面的命令或菜單簡(jiǎn)單地獲取力矩值：命令：TORQSUMGUI：Main Menu&g