ANSYS電磁場分析指南第三章2D諧波AC磁場分析

1、第三章-諧波（）磁場分析3.1 什么是諧波磁場分析諧波效應(yīng)來自于電磁設(shè)備和運動導(dǎo)體中的交流電(AC)和外加諧波電磁場，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于低飽和狀態(tài)，進(jìn)行線性的時間-諧波分析時，可假設(shè)導(dǎo)磁率為常數(shù)。對于中高飽和條件，應(yīng)考慮進(jìn)行非線性的時間-諧波分析或時間-瞬態(tài)求解（第4章）。對于交流穩(wěn)態(tài)激勵的設(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，很少涉及實際磁通密度具體波形。在這種情況下，可進(jìn)行非線性時間-諧波分析，這種分析能計算出具有很好精度的“時間平均”力矩和功率損失，又比進(jìn)行瞬態(tài)-時間分析所需的計算量小得多。非線性時間-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，一個非線性瞬態(tài)問題能有效地簡化為一個非線性時間-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，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，它不是真實波形，只是一個真實

3、磁通密度波形的時間基諧波近似值。時間平均總力、力矩和損失是由近似的磁場基諧波來確定，逼近于真實值。3.3 二維諧波磁場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，該手冊以單元號為序排列。ANSYS理論參考手冊也有進(jìn)一步的講述。表1. 2-D實體單元單元維數(shù)形狀或特性自由度PLANE132-D四邊形，4節(jié)點或三角形，3節(jié)點每節(jié)點最多4個：磁矢勢(AZ)、位移、溫度、或時間積分電勢。PLANE532-D四邊，8節(jié)點或三角形，6節(jié)點每節(jié)點最多4個：磁矢勢（AZ）、時間積分電勢、電流、或電動勢降。表 2. 遠(yuǎn)場單元單元維

4、數(shù)形狀或特性自由度INFIN92-D線型，2節(jié)點磁矢勢(AZ)INFIN1102-D四邊形，4個或8個節(jié)點磁矢勢(AZ)、電勢、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)點每個節(jié)點最多三個：電勢、電流或電動勢降3.4 創(chuàng)建2-D諧波磁場的物理環(huán)境正如ANSYS其他分析類型一樣，對于諧波磁分析，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)磁場分析”同樣的步驟來設(shè)置GUI選項、分析標(biāo)題、單元類

5、型和KEYOPT（關(guān)鍵選項）、單元坐標(biāo)系、實常數(shù)和單位制。定義材料性質(zhì)時，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程序提供幾種選項來控制導(dǎo)體上的終端條件，在建模中，這些選項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）·賦予所需的實常數(shù)、材料性質(zhì)和對自由度的特殊處理。單元類型和選項、材料性質(zhì)、實常數(shù)、以及單元坐標(biāo)系，都是實體模型的屬性，用A

6、ATT和VATT命令或其等效的GUI路徑指定。3.4.2 AZ選項由于沒有標(biāo)量電勢，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AZVOLT選項通過在全域電場計算中引入電勢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（時間積分電勢）代替該選項通過允許控制其電場（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。在軸對稱分析中，r×VOLT。在平面或軸對稱分析中，整個導(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，必須耦合各個導(dǎo)體區(qū)的節(jié)點：命令：CPGUI：Main Menu> Preprocessor > Coupling /Ceqn /Couple DOFs由于所有節(jié)點的電壓一樣，進(jìn)行耦合操作可減少未知數(shù)。3.4.4 AZCURR選項用AZCURR選項可模擬一個載壓絞線圈。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命令在實體模型的面上加電壓降。用BFTRAN或SBCTRAN命令可以把施加在實體模型上電壓降轉(zhuǎn)換到有限元模型上。在絞線圈中不計算渦流，因為繞線導(dǎo)線間假定為絕緣的。線圈參數(shù)用實常數(shù)描述，ANSYS程序利用這些實常數(shù)來計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)點的CURR自由度必須要耦合，以確保采用一個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。下面將對各種終端條件作簡要介紹。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，再給某個節(jié)點上加總電流(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)點電壓自由度耦合到一個耦合節(jié)點集中注：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)運動導(dǎo)體（速度效應(yīng)）用PLANE53單元可模擬以恒定速度運動的導(dǎo)體的速度效應(yīng)。詳見本章和第2章中對速度效應(yīng)的描述。 速度效應(yīng)在交流（AC）激勵下，可以求解運動導(dǎo)體在某些特殊情況下的電磁場。對于靜態(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)磁場分析”討論了運動導(dǎo)體分析的應(yīng)用例子和限制條件。對于諧波分析，速度效應(yīng)只限于線性情況（不能有B-H曲線）。對單元的KEYOPT選項和實常數(shù)設(shè)置，運動導(dǎo)體2-D諧波分析步驟與2-D靜態(tài)磁場分析完全類似。在諧波

13、分析中，速度設(shè)置為常數(shù)，不正弦變化（與線圈和場激勵不同）。在后處理中可計算磁雷諾數(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)體單元特征長度（運動方向上）。磁雷諾數(shù)只在靜態(tài)或瞬態(tài)分析時有意義。對于在相對小雷諾值時，運動方程才有效和準(zhǔn)確，一般量級為1.0。較高雷諾數(shù)值時，求解精度隨問題而比變化。除求解場之外，還能求出由于運動產(chǎn)生的導(dǎo)體電流（運動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)對場和焦耳熱損失的計算精度要求較高時，在導(dǎo)體表面附近必須要劃分足夠細(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)至少要劃分一層或兩層單元。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是絕對導(dǎo)磁率（H/m），s是導(dǎo)電率（S/m）。3.6 加邊界條件和勵磁載荷在諧波磁分析中，可將邊界條件和載荷施加到實體模型上（關(guān)鍵點、線和面），也可以施加到有限元模型上（節(jié)點和單元）。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)磁場分析”中所述的完全相同的GUI路徑和宏命令。對于一個諧波磁分析，可以定義三種類型的載荷步選擇：動態(tài)選項、通用選項

15、和輸出控制。本手冊第16章對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2-D分析自動定義周期性邊界條件。PERBC2D對兩個周期對稱面施加必要的約束方程或定義節(jié)點耦合。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于參考值在時間上的落后（或超前）量。在復(fù)平面（見圖3“實部/虛部分量和幅值/相位角關(guān)系圖”）中，相位角就是和實軸的夾角。只有存在多個不同相載荷時，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，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)載荷的實部和虛部分量。圖3 “實部/虛部分量

17、和幅值/相位角關(guān)系圖”顯示了如何計算實部和虛部分量。.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命令對實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平面或軸對稱模型中，選擇集膚效應(yīng)區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點，并耦合其VOLT自由度后，再給橫截面上某一個節(jié)點加電流：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命令分別對實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命令對實體模型上的面加電壓降。用BFTRAN或SBCTRAN命令可以把施加在實體模型上電壓降轉(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)點的CURR自由度耦合起來（否則將導(dǎo)致求解錯誤），因為CURR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)記一個物體，就可以在求解器和后處理器中對它進(jìn)行力或力矩計算。此宏自動加虛位移和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宏可分別對力和力矩求和。.2無限遠(yuǎn)表面標(biāo)志（INF）這并不是實際載荷，但有限元計算要求把無限遠(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、后處理器中對它們求和而得到施加在該部分上的合力。同時可給多個部件加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)點上說明MVDI=1.0，在鄰近的空氣區(qū)節(jié)點上說明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)磁場分析求解的過程一樣。主要不同在于定義一個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如果是需要重啟動一個分析（重啟動一個未收斂的分析，或者施加了另外激勵的分析），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，就可以重啟動分析。對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點對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，不能用于重啟動的分析。定義分析選擇項可以用下面的“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（以實部/虛部的形式或幅值/相角的形式，前者為缺省值），該選項主要用于采用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?。PARSE、JCG或ICCG求解器，對大多數(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命令的對話框后，才能彈出方程求解器對話框。對于非線性問題，在收斂準(zhǔn)則滿足后（

27、或達(dá)到最大迭代次數(shù)），程序才會停止迭代計算。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。對于自由度，收斂程序?qū)z查兩個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、二個數(shù)量級來實現(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)只有一個頻率時，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個子步，則程序會計算在頻率為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，激勵的幅值在每個載荷子步是逐漸變化的；若設(shè)置為階躍變化，則在整個頻率范圍內(nèi)的各個子步上，激勵的幅值保持不變。對于電磁場問題，激勵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對于非線性諧波分析，可以定義每個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

33、頻率按照下列步驟分兩步求解，以保證收斂：.2.1 把激勵在3至5個子步斜坡變化，每個子步只執(zhí)行一次平衡迭代用下列方式定義斜坡或階躍激勵：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該宏允許對每個自由度改變?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，ANSYS計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，缺省值為圖形求解跟蹤（GST）打開，批處理運行時，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)果都在所計算的工作頻率下諧波變化?；緮?shù)據(jù)：節(jié)點自由度（AZ，VOLT，CURR）導(dǎo)出數(shù)據(jù)：·節(jié)點磁通密度（BX，BY，BSUM）·節(jié)點磁場強(qiáng)度（HX，HY，HSUM）·節(jié)點磁力（FMAG：X，Y，SUM分量）·節(jié)點洛倫茲力（Lorentz）（FMAG：X，Y，SUM分量）·節(jié)點感生電流段（CSGZ）·單位體積焦耳熱（JHEAT）注意：對于非線性時諧分析，磁通密度B有可能超出B-H曲線輸入的值，這些值只是真實波形基頻諧波分量的近似值，而不是實際的值。參看ANSYS單元手冊可以提取更多的

39、數(shù)據(jù)。在POST1通用后處理器或POST26時間歷程后處理器中都能檢察分析結(jié)果。由于計算結(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，以實部和虛部分量的形式來計算和存儲。通用后處理器POST1用以檢察在給定頻率下整個模型上結(jié)果，而POST26時間歷程后處理器用以檢察在整個頻率范圍內(nèi)模型中給定位置處的結(jié)果。對于諧波磁場分析，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打印矢量勢自由度（AZ）5PRNSOL，AZMain Menu >General Postproc >ListResults>Nodal Sol

41、ution打印時間積分電位（VOLT）5PRNSOL，VOLTMain Menu >General Postproc >ListResults>Nodal Solution打印角節(jié)點上磁通密度1，5PRVECT，BMain Menu >General Postproc >ListResults>Vector Data打印角節(jié)點上磁場強(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)點力2，6PRVECT，F(xiàn)MAGMain Menu >General Postproc >ListResults>Vector Data打印單元節(jié)點磁通密度5PRESOL，BMain Menu >General Postproc >ListResults>Element Solution打印單元節(jié)點磁場強(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建立單元儲能3單元表選項ETABLE，Lab， S

46、ENSMain Menu>General Postproc > Element Table> Define Table打印所選單元表選項PRETAB，Lab，1，Main Menu>General Postproc > List Results>Elem Table Data注：上述表中的上標(biāo)數(shù)字號含義如下（更詳信息見ANSYS理論手冊）：1與該節(jié)點相鄰的所有已選單元的平均值2力是在整個單元上求和的，但分布在其各個節(jié)點上，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對于諧波分析是瞬間值（在t=0和t =-90時的實部/虛部）6 RMS值：存放在

47、實部解集里的一種可比較值（對有速度效應(yīng)的區(qū)域要進(jìn)行實部和虛部的求和）用ETABLE命令可以得到很多不常用的項。還能用圖形的方式觀察上面提到的大多數(shù)項目，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，詳見ANSYS基本分析過程指南。ANSYS參數(shù)設(shè)計語言（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。諧波磁場分析的結(jié)果為復(fù)數(shù)，由實部和虛部分量組成。讀取的方式如下（不能同時讀二種分量）：命令：SETGUI： Utility Menu>List > Results>Load Step Summary實部和虛部的SRSS值（平方和之平方根）才是結(jié)果的真實幅值，這可通過后處理中的載荷工況（load case）操作實現(xiàn)。.1 等值線顯示幾乎所有的結(jié)果項（包括磁通量密度和磁場強(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)（如磁通密度和磁場強(qiáng)度）的等值線顯示是在節(jié)點上作平均后的數(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)點平均數(shù)據(jù)在材

51、料不連續(xù)處無效，這時可打開工具條中的Powergraphics選項。.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，可先對結(jié)果進(jìn)行按節(jié)點或按單元排序：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可計算三種磁力：·時間平均洛倫茲力(J´B力)程序自動對所有的載流單元進(jìn)行受力計算，這些力保存在“實部解”數(shù)據(jù)集里面（參看SET命令如何提取“實部解”）。選擇所有載流單元后，可用PRNSOL,fmag命令對這些單元力進(jìn)行列表顯示。同時，也可對力進(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，對單元表進(jìn)行求和：命令：SSUM

54、GUI:Main Menu>General Postproc>Element Table>Sum of Each Item對有速度效應(yīng)的區(qū)域（KEYOPT(2) = 1），要進(jìn)行實部和虛部的求和，才能獲得時間平均力。·時間平均Maxwell力；對于哪些加了MXWF表面加載標(biāo)志的單元，可計算Maxwell力。對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），對這些力求和。注意：對有速度效應(yīng)的區(qū)域（KEYOPT(2) = 1），要對存儲在“實部解”和“虛部解”中的數(shù)據(jù)集進(jìn)行求和，以得到時間平均力。·時間平均虛功力對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，可以計算虛功力。要獲取

56、這些力，請選擇所有載流單元，然后利用單元的NMISC記錄，用ETABLE命令按順序號（snum）存儲這些力（詳見ANSYS單元手冊對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：對有速度效應(yīng)的區(qū)域（KEYOPT(2) = 1），要對存儲在“實部解”和“虛部解”中的數(shù)據(jù)集進(jìn)行求和，以得到時間平均力。.5 磁力矩ANSYS可計算三種磁力矩：·時間平均洛倫茲力矩(J´B力矩)程序自動對所有的載流單元進(jìn)行力矩計算，并把力矩值存儲在“實部解”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（NMISC記錄），將這些單元力矩移入到單元表中（參見ANSYS單元手冊中PLANE13 的選項和順序號以及ETABLE和ESOL的選項和順序號）：命令：ETABLE,tablename,NMISC,snumGUI:Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table當(dāng)力矩移動到單元表后，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號列出結(jié)果。對單元表進(jìn)行求和，得到總力矩：命令：SSUMGUI:Main Menu>General Postproc>Element Table>Sum of Each Item注意：對有速度效應(yīng)的區(qū)域（KEYOPT(2) = 1），要對存儲在“實部解”和“虛部解”中的數(shù)據(jù)集進(jìn)行求和，以得到時間平均力。·Maxwell力矩ANSYS自動對定義了“Maxwell表面”標(biāo)志“MXWF”的單元計算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單地獲取力矩值：命令：TORQSUMGUI：Main Menu&g