第十六章 电路分析.doc

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1、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

2、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

3、，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电路元件及其图形标记KEYOPT（1）设置实常数电阻（R）0R1=电阻（RES）电感（L）1R1=电感（IND）R2=起始电感电流（ILO）电容（C）2R1=电容（CAP）R2=起始电容电压（VCO）互感（K）8R1=初级电感（IND1）R2=次级电感（IND2）R3=耦合系数（K）电压控制电流源（G）9R1=互导（GT）电流控制电流源（F）12R1=电流增益（AI）电压控制电压源（

4、E）10R1=电压增益（AV）电流控制电压源（H）11R1=互阻（RT）绕线圈电流源（N）5R1=系数（SCAL）2D块状导体电压源（M）6R1=系数（SCAL）3D块状导体电压源（P）7R1=系数（SCAL）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）。16.2.2CIRC

5、U124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）：在绞线圈连接中不能存在涡流，磁矢势（MVP）和电流决定线圈电压，连接的电路方程为：上述方程中，Rc为线圈电阻，nc为匝数，Sc为线圈横截面积在

6、块导体连接中可以考虑集肤效应，导体中的MVP和电压决定总电流，连接的电路方程为：上述方程中，LC是导体长度，ΔV是电压降。ANSYS程序通过电路元件和FEA导体单元上两个附加的自由度来达到耦合的目的，这些自由度特性如下：·CURR—流过电路和模型导体的电流·EMF—模型导体（2D绞线圈、2D块导体和3D线圈导体）的电压降·VOLT—3D块状导体内的电位16.3使用CIRCU125单元可以用CIRCU125单元为通用二极管和齐纳二极管建模。使用此单元时，请注意：·在二极管任何状态下，其I-U曲线的分段线性特性对应于一个Norton等效电路

7、，这个等效电路有一个动态阻抗(在工作点反向倾斜)和一个电流源（在I-U曲线的切线和I轴相交）。·如果电压降比二极管（通常是理想二极管）的导通电压低很多，则在提取由单元misc记录号提供的单元电压降、电流、焦耳热损耗计算数据时会提示有取消错误。要获得更准确的结果，需要通过提取单元的反力来获得单元电流，并根据二极管状态和I-U曲线重新计算电压。·可以在后处理器中画二极管的能量和状态图·若AUTOTS打开，则按照标准的ANSYS自动时间步长功能来确定求解时间步长。程序根据动态系统的特征值来估计时间步长。当状态变化方向是按照预期估计的方向进行，

8、则单元会发出调小时间步的信号，与接触单元间隙闭合类似。·CIRCU125单元是高度非线性单元。要获得收敛结果，通常需要定义收敛标准，而不是仅用缺省值。用CNVTOL,VOLT,,0.001,2,1.0E-6