Пример виконання магнітного аналізу електромагнітного приводу в Ansys 6.1

Пример виконання магнітного аналізу електромагнітного приводу в Ansys 6.1.

(Переклад англійської версії прикладу, що у help-файле программы.).

1. Опис проблемы.

2. Побудова геометрии.

3. Завдання материалов.

4. Генерування сітки элементов.

5. Додаток нагрузок.

6. Одержання решения.

7. Перегляд результатов.

1. Опис проблемы.

1.1 Задание.

1.2. Прийняті допущения.

1.3. Огляд шагов.

1.1. Задание.

Електромагнітний привід аналізується як осесимметричная двомірна (2- D) модель. Для заданого струму в обмотці обчислюється сила, що виникає на якоре.

Міра довгі - сантиметри. Якір — рухливий компонент приводу. Магнитопровод — нерухомий компонент приводу, що становить магнітну ланцюг навколо обмотки. Переплетена обмотка складається з 650 витків, при струмі 1А (1 А/виток); харчується від зовнішнього джерела постійного струму. Повітряний зазор — це тонка прямокутна область повітря між якорем і полюсными наконечниками магнитопровода. 1.2. Прийняті допущения.

Магнітний потік, створюваний струмом в обмотці, мається на увазі настільки малим, що насичення магнитопровода немає. Просочування магнітного потік з заліза магнитопровода за периметр моделі, маються на увазі незначними. Дані припущення спрощують аналіз стану та зменшують розмір моделі. Для точного аналізу, у моделі може бути створена з додаткової областю повітря навколо заліза. Розмір її мусить бути перевищувала максимальну площі модели.

Повітряний зазор моделюється окремо, в такий спосіб, щоб була можливість вільно використовувати квадратні елементи сітки у ньому. Це викликано значно меншими розмірами повітряного зазору порівняно з усіма іншими розмірами всіх частин моделі. Розмір елементів сітки (висота дорівнює ширині) нами буде обрано більше величини висоти повітряного зазору і т.к. сітка елементів моделі створюватиметься програмою автоматично, то у разі не вказівки користувачем особливих розмірів сітки в повітряному зазорі елементи сітки у ньому ні мати квадратної форми. У віртуальному повітряному зазорі моделі у процесі рішення створюватиметься віртуальна сила, притягивающая якір. Щодо коректного її розрахунку бажано використання у повітряному зазорі елементів сітки квадратного вида.

Далі елементи сітки будуть іменуватися просто «элементы».

Для такого типу аналізу потрібно, щоб струм в обмотці поставили в вигляді щільності струму (струм на площа, що припадає на обмотку).

Факт, що ми приймаємо магнітний потік не які виходять за області моделі, передбачає, що потік буде параллелен зовнішнім кордонів моделі. Це припущення моделюється «потокопараллельным» («flux parallel ») граничним умовою. Це граничну умова можна використовувати в моделях, містять замкнутий магнитопровод.

Сила розраховується за кожен елемент якорі і потім підсумовується. Вона розраховується двома методами, і обоє результату можна потім порівняти (значення близки).

Огляд шагов.

Побудова геометрии.

1. Створення першого прямоугольника.

2. Створення решти п’яти прямоугольников.

3. Виконання логічного операції перекриття для них.

Завдання матеріалів й визначення їх свойств.

4. Завдання переваг программы.

5. Завдання матеріалів й визначення їх свойств.

Генерування сітки кінцевих елементів (далі просто «сетки»).

6. Визначення типів елементів та його параметров.

7. Приписування типу матеріалу елементам модели.

8. Завдання розмірів елементів сітки в повітряному зазоре.

9. Генерування сітки з допомогою інструмента MeshTool.

10. Масштабирование моделі у метры.

Додаток нагрузок.

11. Визначення якоря як компонента.

12. Додаток силових граничних умов до якорю.

13. Завдання щільності тока.

14. Завдання потокопараллельного межового условия.

Одержання рішення. потокопараллельного.

15. Решение.

Перегляд результатов.

16. Відображення ліній магнітного потока.

17. Перегляд розрахованих сил.

18. Відображення щільності магнітного потоку в векторном виде.

19. Відображення областей насичення магнитопровода.

20. Вихід із програми. 2. Побудова геометрии.

Крок 1. Створення першого прямоугольника.

Геометрія моделі створюється у вигляді логічного операції перекриття для шести прямокутників. Створіть кожен прямокутник завданням координат його протилежних кутів (замість вказівки мишею точок на робочої плоскости).

1. Main Menu > Preprocessor > Modeling> Create> Areas> Rectangle> By Dimensions.

2. Запровадьте следующее:

X1 = 0.

X2 = 2.75.

Y1 = 0.

Y2 = 0.75.

(Примітка: Тисніть клавішу Tab для переміщення між полями данных.).

3. OK.

4. Увімкніть нумерацію областей: Utility Menu > Plot Ctrls > Numbering.

5. Поставте прапорець у Area numbers.

6. Натиснімо OK.

Шаг 2. Створення решти п’яти прямоугольников.

Далі створіть прямокутники 2,3,4,5 і 6.

1. Main Menu > Preprocessor > Modeling> Create > Areas> Rectangle > By Dimensions.

2. Запровадьте следующее:

X1 = 0.

X2 = 2.75.

Y1 = .75.

Y2 = 3.5.

3. Натиснімо Apply.

4. Запровадьте следующее:

X1 = .75.

X2 = 2.25.

Y1 = 0.

Y2 = 4.5.

5. Натиснімо Apply.

6. Запровадьте следующее:

X1 = 1.

X2 = 2.

Y1 = 1.

Y2 = 3.

7. Натиснімо Apply.

8. Запровадьте следующее:

X1 = 0.

X2 = 2.75.

Y1 = 0.

Y2 = 3.75.

9. Натиснімо Apply.

10. Запровадьте следующее:

X1 = 0.

X2 = 2.75.

Y1 = 0.

Y2 = 4.5.

11. Натиснімо OK. Крок 3. Виконання логічного операції перекриття для них.

Створені нами прямокутні області, накладаються один на друга. Ця логічна операція створить нові області у моделі переважають у всіх місцях перетину цих шести прямокутних областей.

1. Main Menu > Preprocessor> Modeling> Operate> Booleans> Overlap > Areas.

2. Виберете Pick All.

(Виділить все).

3. Натиснімо на панелі кнопку SAVE_DB.

3. Завдання матеріалів й визначення їх свойств.

Крок 4. Завдання переваг программы.

Програма Ansys має безліч інструментів щодо різноманітних видів аналізу моделей (механічні, термічні, електромагнітні тощо.). Завдання переваг програми — це фільтрація цих інструментів відповідно до обраним виглядом аналізу. По виконанні цієї процедури до роботи залишаються лише необхідні инструменты.

1. Main Menu > Preferences.

2. Зверніть увагу: Electromagnetic:

Magnetic-Nodal.

(елементи визначаються вузлами сетки).

3. OK.

Крок 5. Завдання матеріалів й визначення їх свойств.

Далі поставимо матеріали та його магнітні властивості: повітря, заліза магнитопровода, обмотки і якоря. Для спрощення завдання властивості всіх матеріалів прийнято лінійними. Зазвичай, параметр магнітної проникності заліза поставив у вигляді нелінійної кривою B-H. Матеріал 1 буде використовуватися для завдання елементів повітря, матеріал 2 буде використовуватися для елементів заліза магнитопровода, матеріал 3 — для елементів обмотки, матеріал 4 — для елементів якоря. 1. Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models.

2. Поставимо відносну магнітну проникність повітря: подвійний щиголь на.

Electromagnetics, Relative Permeability, Constant.

3. Запровадити 1 для MURX.

4. OK.

5. Edit > Copy.

6. OK для копіювання Material Model Number 1 в Material Model Number 2.

7. Подвійний щиголь по Material Model Number 2, потім Permeability (Constant).

8. Змінити значення MURX із першого на 1000.

9. OK.

10. Edit > Copy.

11. Вибрати 1 для from Material Number.

12. Запровадити 3 для to Material Number.

13. OK.

14. Edit > Copy.

15. Вибрати 2 для from Material Number.

16. Запровадити 4 для to Material Number.

17. OK.

18. Подвійний щелчек по Material Model Number 4, потім Permeability (Constant).

19. Змінити значення MURX з 1000 на 2000. 20. OK.

21. Material > Exit 4. Генерування сітки кінцевих элементов.

Крок 6. Визначення типів елементів та його параметров.

І на цій стадії ви визначте типи елементів, які використовуватися в моделі, і задасте відповідні цим типам параметры.

Зазвичай використовуються елементи вищого порядку типу PLANE53 але поки ми використовуватимемо елементи нижчого порядку PLANE13 зменшення обьема пам’яті, що займається моделью.

1. Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete.

2. Add.

3. Вибрати Magnetic Vector.

4. Вибрати Vect Quad 4nod13 (PLANE13).

5. OK.

6. Options.

7. Змініть Element behavior з plain strain на Axisymmetric. (Змінити поведінка елементів з плосконапряженного на осесимметричное).

8. OK.

9. Close.

Шаг 7. Приписування типу матеріалу елементам модели.

Тепер припишим свій тип матеріалу елементам повітря, заліза, обмотки і якоря.

1. Main Menu> Preprocessor> Meshing> MeshTool.

2. Вибрати Areas для Element Attributes, натиснути Set.

3. Виділити мишею чотири області повітряного зазору, A13, A14, A17 і A18 (клацайте на номер области).

4. OK (в меню выделения).

5. Вибрати 1 для Material number.

6. Apply.

7. Виділити мишею п’ять областей заліза магнитопровода, A7, A8, A9, A11, A12.

8. OK (в меню выделения).

9. Вибрати 2 для Material number.

10. Apply.

11. Виділити мишею область обмотки A4.

12. OK (в меню выделения).

13. Вибрати 3 для Material number.

14. Apply.

15. Виділити мишею області якоря.

A10, A15, A16.

16. OK (в меню выделения).

17. Вибрати 4 для Material number.

18. OK.

19. Натиснути SAVE_DB на панелі инструментов.

Крок 8. Завдання розмірів елементів сітки в повітряному зазоре.

Викликайте MeshTool.

1. Вибрати Lines, Set для Size Controls.

2. Виділити мишею чотири вертикальні лінії в повітряному зазоре.

3. OK (в меню выделения).

4. Запровадьте 2 для No. of element divisions.

5. OK.

Крок 9. Генерування сітки з допомогою інструмента MeshTool.

1. Натиснути кнопку Set поруч із Global в Size Control інструмента MeshTool.

2. Запровадити 0.25 для Element edge length.

(довга ребра элемента).

3. OK.

4. Вибрати Areas в Mesh інструмента MeshTool.

5. Клацнути по кнопці Mesh.

6. Pick All (в меню выделения).

7. Close в MeshTool.

8. Utility Menu > PlotCtrls > Numbering.

9. Вибрати Material numbers.

(Пронумерувати по атрибута і як атрибута вибрати — номер материала).

10. OK. Крок 10. Масштабирование моделі у метры.

У цьому вся прикладі використовується система одиниць СІ. Усі значення розмірів заносимых нами у процесі побудови моделі був у сантиметрах. Тож нас необхідно масштабувати модель в метры.

1. Main Menu> Preprocesso > Modeling> Operate> Scale> Areas.

2. Pick All.

3. Запровадити 0.01 для RX і RY. (Масштаб по осям.).

4. Вибрати для Existing areas значення Moved. (Існуючі області заміняться новими, масштабированными.) (Зверніть увагу, щоб параметр вище мав значення «Areas and mesh» — тобто. масштабированию піддадуться і наявні області й побудована їм сітка кінцевих элементов).

5. OK.

6. Натиснути SAVE_DB на панелі інструментів (Зберегти базу данных).

Додаток нагрузок.

Крок 11. Визначення якоря як компонента.

Якір можна легко з’ясувати, як компонент, обравши його елементи. Це треба задля здобуття права далі прикласти до нього нагрузки.

1. Utility Menu > Select > Entities (Вибрати объекты.).

2. Вибрати Elements.

3. Вибрати By Attributes.

4. Запровадити 4 для Min, Max, Inc.

(Вибрати елементи по атрибута — номера матеріалу — № 4 (Виділено пункт.

Material num.)).

5. OK.

6. Utility Menu > Plot > Elements.

На екрані з’являться лише елементи якоря:

7. Utility Menu > Select > Comp/Assembly > Create Component (Створити компонент.).

8. Запровадити ARM для Component name.

9. Вибрати Elements.

10. OK.

Крок 12. Прложение силових граничних умов до якорю.

1. Main Menu> Preprocessor > Loads > Define Loads> Apply > Magnetic> Flag> Comp. Force/Torq.

2. Вибрати ARM.

3. OK.

4. Перегляньте інформацію потім закрийте её:

5. File > Close (окно),.

6. Utility Menu > Select > Everything.

7. Utility Menu > Plot > Elements.

Крок 13. Завдання щільності тока.

Щільність струму окреслюється число витків обмотки (650), помножена на струм (1 А) і розділена на площа, що припадає на обмотку (2 см2), тобто. (650)(1)/2, чи 325. Для переведення гривень у систему СІ це значення має бути розділене на 0.01**2 (0,0001).

1. Utility Menu > Plot > Areas.

2. Main Menu> Preprocessor> Loads > Define Loads> Apply > Magnetic> Excitation > Curr Density> On Areas.

3. Виділити мишею область обмотки (клацайте на номер области).

4. OK (в меню выделения).

5. Запровадити 325/.01**2 для Current density value.

6. OK.

Закрийте все інформаційні вікна, якщо вони появятся.

Крок 14. Завдання потокопарраллельного межового условия.

Задавши це основна умова ми повідомимо програмі, що магнітний потік теж не виходить за периметр моделі. Щоб змоделювати середу, у якій перебуває моделируемый електромагнітний об'єкт, досить створити навколо неї області цього середовища і їм відповідний матеріал зі властивої цьому середовищі магнітної проницаемостью.

1. Utility Menu > Plot > Lines.

2. Main Menu> Preprocessor> Loads > Define Loads> Apply > Magnetic-> Boundary > Vector Poten> Flux Par «l> On Lines.

3. Виділіть все лінії за периметром моделі (14 линий).

5. OK (в меню выделения).

6. Натиснути SAVE_DB на панелі інструментів (Зберегти базі даних). Одержання решения.

Крок 15. Решение.

1. Main Menu> Solution> Solve> Electromagnet> Static Analysis> Opt & Solve.

2. Начмите OK спершу решения.

3. Закрийте інформаційне вікно по тому, як виконане буде решение.

Перегляд результатов.

Крок 16. Відображення ліній магнітного потока.

1. Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot> 2D Flux Lines.

2. OK.

Ваші результати можуть злегка відрізнятиметься від наведених. Крок 17. Перегляд расчитанных сил.

1. Main Menu > General Postproc > Elec & Mag Calc > Component Based> Force.

2. Вибрати ARM.

3. OK.

4. Перегляньте інформацію, потім выберите:

File > Close щоб закрити окно.

чи збережіть їх у файл File > Save as.

на подальше перегляду в Блокноте.

Крок 18. Відображення щільності магнітного потоку в векторном виде.

1. Main Menu > General Postproc > Plot Results > Vector Plot> Predefined.

2. Вибрати Flux & gradient.

3. Вибрати Mag flux dens B.

4. OK.

Шаг 19. Відображення областей насичення магнитопровода.

1. Main Menu > General Postprocessor > Plot Results > Contour Plot> Nodal Solution.

2. Вибрати Flux & gradient.

3. Вибрати BSUM.

4. OK.

Ansys дозволяє створити 3-D вигляд із осесимметричной пласкою моделі. Ця процедура не вносить зміни у базі даних модели.

5. Utility Menu > PlotCtrls > Style > Symmetry Expansion > 2D AxiSymmetric.

6. Вибрати ¾ expansion. [pic].

7. OK.

8. Utility Menu >

PlotCtrls >

Pan, Zoom, Rotate.

9. Iso.

10. Close.

Крок 20. Вихід із программы.

На панелі інструментів: QUIT.

Вибрати Quit — No Save!

OK.

———————————;

[pic].