ANSYS 2D AC磁场分析详解：实例与方法

ANSYS 2-D谐波（AC）磁场实例分析是一个针对电磁设备和运动导体中的交流电（AC）和外加谐波电磁场进行深入研究的实用工具。该分析主要关注涡流、集肤效应、能量损耗、力矩以及阻抗和电感等相关效应，其典型应用包括变压器、感应电机、涡流制动系统和众多AC设备。 在2-D谐波磁场分析中，首先理解什么是谐波效应至关重要。谐波分析涉及到在低饱和状态下进行线性时间-谐波分析，此时可以假设导磁率保持常数；然而，在中高饱和条件下，非线性时间-谐波分析或时间-瞬态求解成为必要，特别是为了精确计算总的电磁力、力矩和功率损失。这种分析通常在交流稳态激励设备中应用，关注的是平均值而非实际磁通密度波形，以提高效率。 为了进行二维谐波磁场分析，需要使用特定的单元类型。例如，矢量位方程适用于描述涡流区域，包括实体单元（如表1所示）、远场单元（表2）和通用电路单元（表3）。这些单元的选择取决于所模拟的具体区域和物理特性。 创建2-D谐波磁场的物理环境遵循ANSYS的一般流程，包括设定物理模型、定义材料属性、网格划分、施加边界条件和载荷，然后执行求解并观察结果。尽管与2-D静态磁场分析有相似之处，但2-D谐波分析在设置界面选项、选择适当的单元类型和关键选项（KEYOPT）、定义坐标系以及使用特定的常数和单位制时，会有一些特有的步骤，以适应谐波分析的需求。 值得注意的是，非线性时间-谐波分析中，虽然在正弦电源下进行，但磁通密度B并非真实的非正弦波形，而是近似为正弦变化。这使得通过非线性求解得到的“时间平均”值更接近实际，而避免了全瞬态分析的复杂性和计算负担。 ANSYS 2-D谐波（AC）磁场分析是一个综合性的工具，结合了线性和非线性方法，通过合适的单元选择和精确的设置，帮助工程师理解和优化AC设备在高频电磁场下的性能。