请问关于静磁场分析的周期边界条件
我从一本书上看到:对静态分析,使用ANSYS的cyclic symmetry功能。对谐波或瞬态分析,使用宏PERBC2D在节点上(只能在节点上)创建奇对称或偶对称周期性边界条件。这句话的意思是说,PERBC2D宏能用在静态分析上吗?
如果能,那么它和前者cyclic symmetry功能有什么分别,对分析有什么影响?如果不能,cyclic symmetry功能用APDL怎么加?
困惑中~~请高手指教 1.所谓周期对称包括结构周期和载荷周期
2.For static analyses, use ANSYS' cyclic symmetry capability. For harmonic or transient analyses, use the PERBC2D macro (described in Chapter 10: "Electric and Magnetic Macros") to create odd or even symmetry periodic boundary conditions on nodes (only). Or, use GUI path Main Menu> Preprocessor> Loads> Define Loads> Apply> Magnetic> Boundary> Vector Poten> Periodic BCs.
3.The most important command in an automated cyclic symmetry analysis is CYCLIC, which initiates a cyclic analysis and configures the database accordingly. 谢谢,那这么说,perbc2d能用在静磁场分析当中吗? 我试着用了一下,也没发现什么错。
可是当我改变模型的参数的时候,会发现磁力线走向的不对称(图见附件),是不是因为我周期边界条件用的perbc2d的命令? 我应该用cyclic替代perbc2d?
请指教~~多谢 原帖由 flyash 于 2007-4-21 17:17 发表 http://www.simwe.com/forum/images/common/back.gif
谢谢,那这么说,perbc2d能用在静磁场分析当中吗? 我试着用了一下,也没发现什么错。
可是当我改变模型的参数的时候,会发现磁力线走向的不对称(图见附件),是不是因为我周期边界条件用的perbc2d的命令? 我 ...
建议你自己用不同的方式计算比较一下结果
我用三维的做过周期对成模型,但是也只是通过约束自由度实现的
没有用上述的一些命令
回复 #5 cowry 的帖子
那哪里有相关的例子呢?我想学习一下怎样通过约束自由度实现周期对称?谢谢。我的邮箱:tjusongpeng@163.com可以的话,帮我发一份资料,好吗,谢谢 看置顶 置顶里没有啊 哪呀? 本帖最后由 zengxiaodong 于 2014-6-17 18:39 编辑
下面是一个单元电机连续旋转负载场分析,计算各相自感、互感、磁链、转矩等变化情况,边界条件如下:
1、外圈磁力线平行,AZ=0;
2、内圈磁力线平行,用耦合方程强制AZ相等(但不一定等于零);
3、扇形边分别建立周期性边界条件(定子转子分别建立);
4、气隙部分,相连处用约束方程建立联系;
5、气隙部分,错开处用约束方程建立周期性边界条件。
相连接的带颜色线代表了约束和耦合的情况。用APDL编程非常方便就可以实现上述方案,同时再施加电流密度激励等。
在ansys中的even周期性边界条件,也就是俗称的整周期边界条件,即Az相等,用的是耦合方程。
在ansys中的odd周期性边界条件,也就是俗称的半周期边界条件,即Az相反,用的是约束方程。
耦合和约束方程用不同颜色的连线表示。
气隙相连处假如用耦合方程,就必须要求内外气隙节点数相等且均匀分布,此时只能按照相邻节点的距离转动转子,使得每次转动后节点仍然重合,显然这会有很大的局限性,几乎无人用这种办法!
气隙相连处假如用约束方程,就不必要求内外气隙节点数相等,也不要求均匀分布,只是一边疏一边密,密边选择节点,疏边选择单元。
用CEINTF命令建立约束方程,此时能按照任意的距离(角度)转动转子,可以说非常方便!
周期性边界条件还有一个小诀窍,那就是槽内电流的处理,实际电机往往是分成上下层线圈,此时不妨分成左右层线圈,就像集中绕组那样,如此处理的原因是施加电流载荷要方便很多,可以用相量图很容易证明,效果是完全等效的!当然这是对于在槽中间切开而言的,如果在齿中间切开,就没有区别了。
连续转动时,注意不要出现某相电流为零的工况,否则Lmatrix计算会出错。
连续转动时,由于相距很远的节点会建立联系(约束方程),导致求解模型的波前数越来越大,对于计算很不利,对内存或者CPU都是严峻的考验,大模型往往导致计算的中断。
如何解决这个问题?这里面有一些技巧。
本帖最后由 zengxiaodong 于 2014-6-15 12:59 编辑
可以用Lmatrix宏命令计算9个参数:
三相自感、三相互感、三相磁链。
用Torqsum宏命令计算转矩。
下面是32极永磁同步电机定子连续旋转360度电角度的参数变化曲线:
本帖最后由 zengxiaodong 于 2014-6-15 17:10 编辑
相磁链曲线除了基波还含有3次谐波,但是线磁链可以自动消除3次谐波。
相磁链FFT
线磁链
线磁链FFT
可见线磁链已经没有3次谐波了!
转矩FFT分析
本帖最后由 zengxiaodong 于 2014-6-29 10:33 编辑
关于连续转动时波前数的问题,对于求解时间的影响非常大,虽然在Ansys中进行求解前会自动进行单元的重排序,但是实践证明效果不太好,下面就一个实际的例子进行对比。
开始位置:
结束位置(这也是建模分网时的位置):
节点数29587,单元数9223,每步旋转0.06机械角度,共旋转22.5度计375个位置。
直接进行求解,时间为46小时;
如果每次旋转后,进行单元重排序(命令:wsort,all,0,,max,,),求解时间为17小时;
如果每次旋转后,进行单元重排序(命令:waves,max,,),求解时间为13小时;
为什么会出现如此天壤之别的结果呢?主要就是波前数惹的祸!
为了看看波前数的具体变化情况,可以用命令导出每一位置的波前数到文件中,用下面的命令(R14.5):
*get,WFMax,active,0,wfront,max
*get,WFRMS,active,0,wfrontt,RMS
RMS是均方根,也就是类似于交流电的有效值。
开始位置:
结束位置:
用重排序命令wsort,all,0,,max,,时的波前数变化图:
用重排序命令waves,max,,时的波前数变化图:
本帖最后由 zengxiaodong 于 2014-7-6 16:08 编辑
磁力线
内转子单元电机的一个例子:
旋转求解时还有一个技巧,就是要选择位置范围和旋转方向使得波前数越来越小!如13楼的5~45度范围。 本帖最后由 zengxiaodong 于 2014-7-8 10:02 编辑
当单元电机的槽数为偶数时,可以仅计算半个单元电机,此时用Odd周期性边界条件。
例如:
9槽4极,9槽8极,9槽10极,这些单元电机由于槽数为奇数,已经是最简模型了,因此只能计算整个单元电机,采用的是EVEN周期性边界条件;
而12槽10极,72槽22极,这样的单元电机,槽数为偶数,还可以进一步简化为6槽5极,或者36槽11极的半个单元电机,采用Odd周期性边界条件。
在连续转动的情况下,求解规模的差异会显著影响总的求解时间,甚至导致大模型无法求解,因此,ODD周期性边界条件也是很有用的。
连续转动条件下ODD周期边界条件的应用,难点在CEINTF命令后,节点AZ系数为-1,在气隙重合部分,这个系数是正确的,但是在错开部分,这个系数要改为1,解决了这个问题,则连续转动有时也可以仅计算半个单元电机(当单元电机槽数为偶数时)。
本帖最后由 zengxiaodong 于 2014-7-8 19:27 编辑
连续转动条件下有时也可以仅计算半个单元电机(当单元电机槽数为偶数时),要点是气隙错开部分用CEINTF命令以后,改变约束方程中节点自由度AZ的系数,由原来的-1改成+1,可以用CE命令实现。
这样的话,求解规模缩小一半,时间大大缩短!
假设先建立气隙错开部分的约束方程,且约束方程编号从1开始(可用压缩编号命令),用完CEINTF命令后,所有约束方程中第一个节点的AZ系数都为-1(EVEN周期性),用如下命令,改变AZ的系数为1(ODD周期性)。
*get,Cnum,active,0,ce,,,,
*do,CNu,1,Cnum,1
*get,CNode,CE,CNu,term,1,node,
CE,CNu,0,CNode,Az,1,
*enddo
第一行得到最大约束方程数,并赋值给Cnum
第三行得到每个约束方程的第一个节点编号,并赋值给CNode;
第四行依次改变每个约束方程第一个节点的Az系数为1
执行完上述循环命令后,气隙错开部分已经变成了Odd周期性边界条件了,然后建立其他的约束方程:气隙重合部分还是用CEINTF,扇形的直线边(定子和转子)分别用一次PERBC2D命令。
本帖最后由 zengxiaodong 于 2014-7-9 19:41 编辑
下面列出14楼的内转子电机简化为半个单元电机时,某一位置的约束方程,红色部分就是修改过的约束方程,其第一个节点的AZ系数由-1改变成为1,也就是气隙错开部分为ODD周期性!
......
CONSTRAINT EQUATION NO. 797 HAS 2 TERMS.CONSTANT=0.000000
NODE= 8406DOF= AZ COEFFICIENT=1.000000
NODE= 1079DOF= AZ COEFFICIENT=1.000000
CONSTRAINT EQUATION NO. 798 HAS 2 TERMS.CONSTANT=0.000000
NODE= 8407DOF= AZ COEFFICIENT=1.000000
NODE= 1080DOF= AZ COEFFICIENT=1.000000
CONSTRAINT EQUATION NO. 799 HAS 4 TERMS.CONSTANT=0.000000
NODE= 5882DOF= AZ COEFFICIENT=1.000000
NODE= 3409DOF= AZ COEFFICIENT= 0.3154983
NODE= 3407DOF= AZ COEFFICIENT=-0.1231159
NODE= 3408DOF= AZ COEFFICIENT= 0.8076176
CONSTRAINT EQUATION NO. 800 HAS 4 TERMS.CONSTANT=0.000000
NODE= 5883DOF= AZ COEFFICIENT=1.000000
NODE= 3409DOF= AZ COEFFICIENT=-0.1231159
NODE= 3407DOF= AZ COEFFICIENT= 0.4382699
NODE= 3408DOF= AZ COEFFICIENT= 0.6848460
......
CONSTRAINT EQUATION NO. 857 HAS 4 TERMS.CONSTANT=0.000000
NODE= 5892DOF= AZ COEFFICIENT=1.000000
NODE= 3399DOF= AZ COEFFICIENT= 0.2448930
NODE= 3397DOF= AZ COEFFICIENT=-0.1152151
NODE= 3398DOF= AZ COEFFICIENT= 0.8703221
CONSTRAINT EQUATION NO. 858 HAS 4 TERMS.CONSTANT=0.000000
NODE= 5893DOF= AZ COEFFICIENT=1.000000
NODE= 3399DOF= AZ COEFFICIENT=-0.8587409E-01
NODE= 3397DOF= AZ COEFFICIENT= 0.6938612
NODE= 3398DOF= AZ COEFFICIENT= 0.3920129
CONSTRAINT EQUATION NO. 859 HAS 4 TERMS.CONSTANT=0.000000
NODE= 6532DOF= AZ COEFFICIENT= -1.000000
NODE= 1717DOF= AZ COEFFICIENT=-0.6603190E-01
NODE= 1719DOF= AZ COEFFICIENT= 0.7773865
NODE= 1718DOF= AZ COEFFICIENT= 0.2886454
CONSTRAINT EQUATION NO. 860 HAS 4 TERMS.CONSTANT=0.000000
NODE= 6533DOF= AZ COEFFICIENT= -1.000000
NODE= 1717DOF= AZ COEFFICIENT= 0.9054971E-01
NODE= 1719DOF= AZ COEFFICIENT=-0.6603191E-01
NODE= 1718DOF= AZ COEFFICIENT= 0.9754822
......
本帖最后由 zengxiaodong 于 2014-7-8 20:17 编辑
用整个单元电机求解时(EVEN周期性)求解时间为24小时,而用半个单元电机求解时(ODD周期性)求解时间为12小时!
得到的结果几乎完全一样,下面仅对比自感的计算结果。
半个单元电机
整个单元电机
本帖最后由 zengxiaodong 于 2014-7-8 20:32 编辑
用ODD边界条件时,得到的磁力线图如下:
应该注意的是,磁力线图是半个周期重复的,换句话说这个图直接圆周阵列复制6个,是可以作为整个电机的磁力线图的,这是因为磁力线是等磁位线,与磁位的正负无关!
而磁位的云图如下
很显然,这个图是不能圆周阵列复制的,这正是半周期边界条件的结果!
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