基于ANSYS的空心线圈电感仿真分析.pdf

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1、第五届无损检测高等教育发展论坛学术交流会论文集基于ANSYS的空心线圈电感仿真分析21罗新，吴伟（南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，南昌，30063）摘要：电感线圈在电气、电子和无线电等领域中有着非常广泛的应用。本文主要介绍了利用ANSYS有限元仿真软件对空心线圈进行仿真和电感计算，并与绕制线圈的实测值比较分析，仿真和实测结果相一致。利用本文的结论可以对电感线圈的制作提供一定的参考作用。关键词：空心线圈；ANSYS仿真；电感Air-corecoilinductancesimulationanalysisbasedonANSYSLUOXin，WUWei(Ke

2、yLaboratoryofNondestructiveTesting(MinistryofEducation),NanchangHangkongUniversity,Nanchang,330063,China)Abstract:Theinductancecoilisappliedwidelyinthefieldsofelectrical,electronicandradioetc….ThisarticlemainlyintroducedtheuseofANSYSfiniteelementsimulationsoftwareforsimulationandinduc

3、tanceofair-corecoil,andthecomparativeanalysiswiththemeasuredvaluesofcoilwinding,simulatedandmeasuredresultsareconsistent.Theconclusionofthispapercanbeusedtoproductionofinductancecoiltoprovidecertainreferencefunction.Keywords:Aircorecoil，SimulationbyANSYS，Inductanc引言电感线圈在当今的电力系统中充当着重要的

4、作用，因此线圈电感的测量也变得尤为重要。电感线圈是用绝缘导线一圈一圈紧密地绕制而成，可以绕在绝缘体也可绕在铁芯上从而增幅线圈电感。电感线圈的主要作用有:在交流电路中有阻碍交流电流通过的作用，所以线圈可以在交流电路中用作阻流、变压、交连、负载等，电感也是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量，在电感线圈和电容组合时还可作调谐、滤波、选频、分频等。电感线圈按不同的性质可分为很多类，本文介绍了空心线圈自感的计算，以及在ANSYS软件的电磁模块中对空心线圈进行了仿真并与实测值进行比较分析。实验室里做的设计性实验线圈都是由自己绕制，电感值的准确与否直接影响着实验结果。1线圈自感任

5、何一个导体，刚通过电流或者通过一个非稳恒电流时就会产生变化的磁场，而这个磁场会反过来影响电流，所以任何导体都会有自感现象产生。对于图1所示的简化线圈，线圈的主要参数为：为线圈内半径，为线圈外半径，为线圈的平均半径，为线圈匝数。r图1自感计算[1]其线圈自感为：，（1）作者简介：罗新（1991-），男，硕士研究生，主要从事无损检测技术的研究。265第五届无损检测高等教育发展论坛学术交流会论文集式中，为外自感，为内自感其计算公式为：，（2）（3）式中，，为第一类完全椭圆积分，为第二类完全椭圆积分。2线圈电感的仿真实现方法2.1ANSYS仿真软件简介现如今用于电磁场的软

6、件有Maxwell2D/3D软件、Flux软件和ANSYS软件。前两种软件操作简单但是功能较为单一，而ANSYS软件是一种大型通用的有限元分析软件，可分析电磁场多方面的问题,如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、电路和能量损失等。还可[2]用于螺线管调节器、发电机、变压器电解槽及无损耗检测装置等的设计和分析领域。2.2线圈的仿真用ANSYS实现空心线圈的仿真分析主要有前处理、求解和后处理三步。在前处理中，建立一个内径为30mm，外径为32mm，线圈长度为54mm，线圈共有240匝，材质为紫铜。在ANSYS中定义线圈参数建立电感矩阵，选用SOLI

7、D117单元，导电区用AZ-VOLT自由度，对不导电区用AZ自由度。建立一个线圈模型如图2，并在线圈外加一个空气场如图3。图2空心线圈模型图3空气场模型在建立模型之后选择自由划分网格如图4所示。图4线圈有限元模型图5线圈网格划分后对线圈施加边界条件如图5。最后对线圈加载一个的电流密度。266第五届无损检测高等教育发展论坛学术交流会论文集2.3求解[2]利用ANSYS中的LMATRIX来求解线圈的自感，在调用LMATRIX宏之前，还需要给线圈单元赋一个名义上的电流值，本文使用的是BFE命令来给线圈单元赋名义电流（以电流密度的方式）。并且使用LMATRIX宏还必须先用

8、*DIM命