Расчет электротехнических устройств с помощью программного пакета ANSYS (стр. 3 )

MM>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By Dimensions.

Рис. 3.8. Построение геометрии модели

Для того чтобы построить насадку необходимо указать вершины трапеции командой

MM>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>On Working Plane. Еще одна картинка для насадки

Чтобы объединить точки в расчетную область необходимо воспользоваться командой

MM>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitary>Through KPs

Далее необходимо выбрать выставленные на рабочей области точки таким образом, чтобы получилась трапеция.

Таблица 3.2

Последовательность ввода геометрических параметров модели

№ п/п	X1	X2	Y1	Y2
1	0	D1	0	H1
2	D2	D2+D3	H4	H1
3	D2+D3+D4	D1-D2	H4	H1
4	D5	D5+D6	0	H5
5	D2+D3+D7	D2+D3+D7+D8	H5	H1
6	-Dvoz	D1+Dvoz	-Hvoz	H1+H3+Hvoz
Насадка задается по точкам
1	D9		H1
2	D9+D10		H1+H3
3	D9+D10+D11		H1+H3
4	D9+D10+D11+D10		H1

Результатом выполнения указанной выше последовательности (табл. 3.2) команд является построенная геометрия модели (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Магнитная система открытого типа в программе ANSYS

На следующем этапе необходимо убрать перекрытие прямоугольников; данная операция выполняется командой:

MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Overlap>Areas.

В открывшемся окне Overlap Areas необходимо нажать на кнопку «Pick All» (убрать перекрытия всех областей) .

Необходимо выбрать отдельные области и объединить их по свойствам материалов (сталь, медь и воздух) командой (расшифровать), для чего воспользуемся командой

MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Add>Areas

и последовательно выбираем однородные области левой клавишей мыши.

6. Присвоение атрибутов областям модели

Для определения атрибутов модели используется команда

MM>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Picked Areas.

В окне графического вывода необходимо выделить область (кликнуть клавишей мыши), моделирующую сталь (на рис. 3.10 область отмечена А1) и нажать «Apply». Подобным образом зададим атрибуты для областей моделирующих зоны воздушного пространства (А2) и обмоток (А3, А4), указывая в окне «Area Attributes» номера материалов в соответствии с рис. 3.10. После задания последней области в окне «Area Attributes» нажать кнопку «OK».

Области модели в соответствии с магнитными свойствами могут быть выделены цветом (рис. 3.10)

UM>PlotCtrls>Numbering.

В открывшемся окне «Plot Numbering Controls» в списке поля Elem/Attrib numbering необходимо выбрать пункт Material numbers. Нажмите «OK».

7. Разбивка на конечные элементы.

Разбивка модели на конечные элементы выполняется командой

MM>Preprocessor>Meshing>Mesh > Areas>Free.

В открывшемся окне необходимо нажать на кнопку «Pick All». Результат разбивки модели на конечные элементы приведен на рис. 3.11.

Определение плотности разбиения рабочих областей на конечные элементы является одной из ключевых задач, решение которой напрямую связано с точностью полученных результатов. Программа ANSYS реализует несколько уровней детализации конечных элементов от «10 coarser – грубая сетка» до « 1 finer – хорошая сетка».

Рис. 3.11. Разбиение расчетной области на

конечные элементы

9. Задание плотности тока по области обмоток

Общий алгоритм задания тока в обмотке модели сводится к последовательному указанию для каждой области плотности тока с указанием действующего значения тока, направления тока вдоль оси z, площади занимаемой обмоткой и коэффициента заполнения по меди.

Для выбора конечных элементов принадлежащих первой области обмотки
(рис. 3.12, материал 3) необходимо воспользоваться командой из меню утилит:

UM>Select>Entities. В появившемся меню Select Entities выбираем:

в первой строке необходимо выбрать «Elements» (Элементы),

во второй «By Attributes» (по атрибутам).

При этом в окне «Select Entities» появится дополнительное поле для ввода номера материала, в которое необходимо ввести номер материала 3. Нажмите «OK».

Задать плотность тока в обмотке можно командой:

MM>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Magnetic>Excitation>Curr Den­sity>On Elements.

В открывшемся окне Apply JS on Elems (рис. 21, б) нажмите кнопку Pick All. Откроется окно Apply JS on Elems (рис. 12), в поле Curr density value которого необходимо указать плотность тока: 2225/(D3*H2), где ; (D3*H2) – площадь занятая первой обмоткой, мм2. Нажмите «Ok».

Подобным образом задается плотность тока во второй области обмотки (материал 4), в данном случае плотность тока принимается с противоположным знаком:

- 2225/(D3*H2).

Для того чтобы выделить все области магнитной системы двигателя необходимо воспользоваться командой

UM>Select>Everything.

10. Задание граничных условий

На границе модели (воздушное пространство) задается условие параллельности линий магнитного потока. Для этого необходимо воспользоваться командой

MM>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Magnetic>Boundary> Vector Poten> Flux Par’l >>On Lines

Далее в графическом окне необходимо выделить периметр модели и задать на границе модели нулевое значение векторного магнитного потенциала
(рис. 3.13).

В результате по периметру модели появятся обозначения векторного магнитного потенциала «А».

MM>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Magnetic>Boundary> Vector Poten> позволяют также задать конкретные значения векторного магнитного потенциала в узлах, на линиях, в областях модели.

По умолчанию на внешней границе области моделирования действует условие перпендикулярности линий магнитного потока линиям границы.

10. Расчет модели (Solutuion).

Параметры расчета модели можно настроить в пункте Solution главного меню.

В списке Analysis Type в пункте меню New Analysis можно настроить тип анализа:

· Static (статический);

· Harmonic (гармонический);

· Transient (переходный).

В список Solve находятся команды позволяющие начать расчет. Для запуска расчета текущей задачи необходимо выбрать пункт меню

MM>Solve>Current LS.

При успешном запуске откроется окно с сообщением Solution is done.

11. Просмотр результатов расчета

Для построения эквипотенциальных линий магнитного поля можно воспользоваться командой

MM>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>2D Flux Lines.

Окно настройки графического вывода позволяет изменять количество эквипотенциальных линий магнитного поля по параметру Number of contour lines (по умолчанию значение равно 27). Нажмите «OK».

Результаты расчета приведены на рис. 3.14.

 

Распределение плотности магнитного потока и модуля вектора напряженности внутри магнитной системы двигателя можно получить командой

MM>General Postproc>Plot Results>-Contour Plot>Nodal Solu

выбрав в открывшемся окне соответственно BSUM или HSUM.

 

4. Исследование магнитной системы линейного магнитоэлектрического двигателя (ЛМД).

В магнитоэлектрических устройствах постоянные магниты используются для возбуждения магнитного потока. который распространяется в пространстве по замкнутому пути. Такие замкнутые пути образуются ферромагнитными и неферромагнитными элементами конструкции и называются магнитными цепями. Магнитная цепь содержит различные зазоры. Подвижная часть магнитоэлектрического устройства является якорем и может состоять в зависимости от конструкции устройства из одной или нескольких обмоток. обтекаемых током. или одного или нескольких постоянных магнитов. соединенных между собой частью стального сердечника c явно выраженными полюсными наконечниками. Воздушный зазор между якорем и неподвижным стальным сердечником называется технологическим (рабочим). остальные зазоры на пути магнитного потока являются паразитными. Магнитный поток. возбуждаемый фиктивной намагничивающей силой постоянного магнита. замыкающийся через технологический зазор и сцепляющийся с витками обмотки. называется основным. а все остальные потоки. замыкающиеся по путям. проходящим вне зоны обмотки с током – потоками рассеяния. Магнитный поток. возбуждаемый намагничивающей силой обмотки. проходящий по тому же пути. что основной магнитный поток. является потоком реакции. Этот поток искажает результирующее магнитное поле в рабочем зазоре. что создает дополнительные трудности в определении тягового усилия. противо-ЭДС и индуктивности обмотки магнитоэлектрического устройства. а также при решении задачи оптимизации его магнитной системы по выбранному критерию оптимальности. Конфигурация магнитных цепей магнитоэлектрических. также как и электромагнитных устройств разнообразна и зависит от их назначения. Существуют два основных типа магнитных систем: разветвленные и неразветвленные (последовательные). В неразветвленных магнитных цепях основной магнитный поток проходит последовательно через все участки. В разветвленной цепи основной магнитный поток разделяется на отдельные параллельные потоки. Магнитные цепи магнитоэлектрических могут при этом формироваться с использованием постоянных магнитов. намагниченных как в осевом. так и в радиальном направлении.