2011-2015年中国煤矸石行业深度调研及投资环境分析报告

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1、第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析3.1什么是谐波磁场分析　　谐波效应来自于电磁设备和运动导体中的交流电(AC)和外加谐波电磁场，这些效应主要包括：·　涡流·　集肤效应·　涡流致使的能量损耗·力和力矩·　阻抗和电感谐波分析的典型应用为：变压器、感应电机、涡流制动系统和大多数AC设备。谐波分析中中不允许存在永磁体。忽略磁滞效应。3.2线性与非线性谐波分析对于低饱和状态，进行线性的时间-谐波分析时，可假设导磁率为常数。对于中高饱和条件，应考虑进行非线性的时间-谐波分析或时间-瞬态求解（第4章）。对于交流稳态激励的设备，在中等到高饱和状态，分析人员最感兴趣

2、的要获得总的电磁力、力矩和功率损失，很少涉及实际磁通密度具体波形。在这种情况下，可进行非线性时间-谐波分析，这种分析能计算出具有很好精度的“时间平均”力矩和功率损失，又比进行瞬态-时间分析所需的计算量小得多。非线性时间-谐波分析的基本原则是由用户假定或基于能量等值方法的有效B-H曲线来替代直流B-H曲线。利用这种有效B-H曲线，一个非线性瞬态问题能有效地简化为一个非线性时间-谐波问题。在这种非线性分析中，除了要进行非线性求解计算外，其它都与线性谐波分析类似。应该强调，在给定正弦电源时，非线性瞬态分析中的磁通密度B是非正弦波形。而在非线性谐波分析中，

3、B被假定为是正弦变化的。因此，它不是真实波形，只是一个真实磁通密度波形的时间基谐波近似值。时间平均总力、力矩和损失是由近似的磁场基谐波来确定，逼近于真实值。3.3二维谐波磁场分析中要用到的单元在涡流区域，谐波模型只能用矢量位方程描述，固只能用下列单元类型来模拟涡流区。详细情况参见《ANSYS单元手册》，该手册以单元号为序排列。《ANSYS理论参考手册》也有进一步的讲述。表1.2-D实体单元单元维数形状或特性自由度PLANE132-D四边形，4节点或三角形，3节点每节点最多4个：磁矢势(AZ)、位移、温度、或时间积分电势。PLANE532-D四边，8

4、节点或三角形，6节点每节点最多4个：磁矢势（AZ）、时间积分电势、电流、或电动势降。表2.远场单元单元维数形状或特性自由度INFIN92-D线型，2节点磁矢势(AZ)INFIN1102-D四边形，4个或8个节点磁矢势(AZ)、电势、温度表3.通用电路单元单元维数形状或特性自由度CIRCU124无6节点每个节点最多三个：电势、电流或电动势降3.4创建2-D谐波磁场的物理环境正如ANSYS其他分析类型一样，对于谐波磁分析，要建立物理环境、建模、给模型区赋予属性、划分网格、加边界条件和载荷、求解、然后观察结果。2-D谐波磁分析的大多数步骤都与2-D静磁分

5、析的步骤相似。本章只讨论与谐波分析相关的特殊步骤。2-D谐波磁分析采用与第2章“2-D静态磁场分析”同样的步骤来设置GUI选项、分析标题、单元类型和KEYOPT（关键选项）、单元坐标系、实常数和单位制。定义材料性质时，使用在第2章中描述的方法，即：使用ANSYS材料库所定义的材料性质或ANSYS用户自己定义的材料性质。下面介绍对模型设置物理区域的某些准则：3.4.1利用自由度来控制导体上的终端条件ANSYS程序提供几种选项来控制导体上的终端条件，在建模中，这些选项提供了足够的方便性。例如：线绕和块状导体、短路和开路情况、线路供电装置等，要模拟这些实

6、体，执行下列内容：·在导体区增加额外的自由度（DOF）·赋予所需的实常数、材料性质和对自由度的特殊处理。单元类型和选项、材料性质、实常数、以及单元坐标系，都是实体模型的属性，用AATT和VATT命令或其等效的GUI路径指定。3.4.2AZ选项由于没有标量电势，即导体内电压降为0，固可通过设定AZ自由度（DOF）来模拟短路条件的导体。3.4.3AZ－VOLT选项AZ－VOLT选项通过在全域电场计算中引入电势来模拟具有各种终端情况的块状导体：E＝¶A/¶t－ÑV注：在ANSYS中，V由υ＝∫Vdt（时间积分电势）代替该选项通过允许控制其电场（VOLT）

7、，使用户可更方便地模拟开路、电流供电块导体和共端点多导体等情况。电位υ的单位为“伏－秒”，其在ANSYS中的自由度为VOLT。在轴对称分析中，υ＝r×VOLT。在平面或轴对称分析中，整个导体截面的υ是常数（即电压降只发生在出平面方向上），为了保证这一点，必须耦合各个导体区的节点：命令：CPGUI：MainMenu　>Preprocessor>Coupling/Ceqn/CoupleDOFs由于所有节点的电压一样，进行耦合操作可减少未知数。3.4.4AZ－CURR选项用AZ－CURR选项可模拟一个载压绞线圈。CURR自由度代表线圈中每匝电流。在线圈上

8、加电压（加到所有线圈单元上）的方式是：命令：BFE，VLTGGUI：MainMenu>Solution>－Loads－Ap