分析“2D变压器应用实例”遇到的问题(提出建议者,都有分加,最多+4技术分)

purple1984

电磁场培训手册中有个“2D变压器应用实例”，谐波分析。
问题描述：
1）变压器初级构成：2欧直流电阻，1080匝
2）变压器次级构成：0.02欧直流电阻，108匝
3）电压源：60V峰值，60Hz
4）线圈在75C
5）叠层长度：70mm
分析过程：
1）利用对称性
2）模拟次极短路情况
3）建立电路模型：实常数设置、耦合
4）进行交流分析
5）后处理：电流、功率

ansys仿真图见图1



结果：
电流：初极线圈：-0.809+j3.39(幅值为3.485)
           次极线圈：8.09-j33.87

我对上述实例进行两种尝试，所遇问题如下：

尝试一：由于我以后的模型会涉及到瞬态分析，所以我对上述实例的命令流进行修改，得到下面瞬态分析命令流：

!1/2截面，外接直流电阻，瞬态分析
/prep7
/title, two-winding transformer

et,1,53
et,2,53,3

mp,murx,1,1
mp,murx,2,10000
mp,murx,3,1
mp,rsvx,3,1e-12

rectng,1,6,.75,3.25
rectng,1,6,3.75,6.25
rectng,1,6,3.25,3.75
aglue,all
rectng,0,7,0,7
aovlap,all
asel,s,area,,1         ! primary  
aatt,3,1,2  
asel,s,area,,2         ! secondary  
aatt,3,2,2  
asel,s,area,,5         ! iron  
aatt,2,3,1  
asel,s,area,,4         ! window  
aatt,1,3,1  
asel,all
esize,.5
amesh,all   
asel,,real,,1
asum
*get,acond,area,,area
acond=acond/1e4
alls
csys
arscal,all,0,0,.01,.01,,,,1

*SET,c_fac,.653184  
r,1,acond,360*3,0.07,1,c_fac
r,2,acond,36*3,0.07,1,c_fac  
wpstyl,0.01

muz=12.57e-7
T=1E-8
PI=2*ASIN(1)
f=60
um=60
u=um*SIN(2*PI*f*T)
con=0.002
c=0

R,3,u, ,  
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0  
N,664,0.12,-0.3E-01,0   
N,665,0.12,-0.12,0  
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3   
RMOD,3,15,0.4E-01,1
ET,3,CIRCU124,4,0   
TYPE,3  
REAL,3  
MAT,1   
N,666,0.16,-0.75E-01,0  

E,664,665,666   

R,4,1,  
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0  
n,667,0.12,-0.08,0
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3   
RMOD,4,15,0,1
ET,4,CIRCU124,5,0   
TYPE,4  
REAL,4  
MAT,1   
E,664,667,122   

r,5,2,
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0  
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3   
RMOD,5,15,0,1
ET,5,CIRCU124,0,0
TYPE,5  
REAL,5  
MAT,1   
E,667,665

R,6,1e-008,
!r,6,1e8
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0  
N,668,0.13,0.16,0   
N,669,0.13,0.8E-01,0
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3   
RMOD,6,15,0.3E-01,1
ET,6,CIRCU124,0,0   
TYPE,6  
REAL,6  
MAT,1   
E,668,669  

R,7,1,  
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0  
n,670,0.13,0.12,0
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3   
RMOD,7,15,0,1
ET,7,CIRCU124,5,0   
TYPE,7  
REAL,7  
MAT,1   
E,668,670,314   

r,8,0.02
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3
RMOD,8,15,0,1
ET,8,CIRCU124,0,0   
TYPE,8  
REAL,8  
MAT,1   
E,670,669  

FLST,5,2,1,ORDE,2   
FITEM,5,665
FITEM,5,669
NSEL,R, , ,P51X
d,all,volt  

esel,,ename,,53
esel,r,real,,1  
nsle
cp,1,curr,all   
cp,2,emf,all
esel,,ename,,53
esel,r,real,,2  
nsle
cp,3,curr,all   
cp,4,emf,all
alls

esel,,ename,,53
nsle
nsel,r,ext  
d,all,az
alls

FINISH  

/sol
ANTYPE,4
TRNOPT,FULL
time,t
kbc,0             !ramp
nsubst,5           !substeps
neqit,10
c=c+1
outres,all,last
OUTPR,ALL,ALL
alls
solve
fini

*do,c,1,89
transformer
*enddo

transformer.mac:

/prep7
t=t+con
u=um*SIN(2*PI*f*T)
r,3,u
fini

/sol
ANTYPE,,REST
time,t
kbc,0             !ramp
nsubst,5           !substeps
neqit,10
c=c+1
outres,all,last
OUTPR,ALL,ALL
alls
solve
fini

查看线圈电流随时间变化曲线，如图2所示，电流稳态时，幅值为3.485A，与前面谐波分析时的线圈电流幅值吻合。

查看铁心一次侧某一单元的磁感应强度x分量Bx，如图3所示

问题：为什么Bx随时间变化曲线会相对于x轴有一直流偏置？从理论分析上来看，变压器二次侧短路时，一次侧磁通正比于外加电压，而磁密正比于磁通，难道不应该是关于x轴对称的正弦量吗？不知是我建模的问题还是ansys计算的问题？

尝试二：实例中采取的是对称建模，我现将模型补完整，谐波分析。ansys仿真如图4，命令流如下：

!完整截面，外接直流电阻，谐波分析
/prep7
/title, two-winding transformer

et,1,53
et,2,53,3

mp,murx,1,1
mp,murx,2,10000
mp,murx,3,1
mp,rsvx,3,1e-12

rectng,1,6,.75,3.25
rectng,1,6,3.75,6.25
rectng,1,6,3.25,3.75
aglue,all
rectng,8,13,.75,3.25
rectng,8,13,3.75,6.25
rectng,8,13,3.25,3.75
aglue,all
rectng,0,14,0,7
aovlap,all

asel,s,area,,1         ! primary  
aatt,3,1,2  
asel,s,area,,3
aatt,3,9,2
asel,s,area,,2         ! secondary  
aatt,3,2,2  
asel,s,area,,5
aatt,3,10,2
asel,s,area,,8         ! iron  
aatt,2,5,1  
asel,s,area,,4         ! window  
aatt,1,5,1  
asel,s,area,,7
aatt,1,5,1
asel,all
esize,.5
amesh,all   
asel,,real,,1
asum
*get,acond,area,,area
acond=acond/1e4
alls
csys
arscal,all,0,0,.01,.01,,,,1

*SET,c_fac,.653184
r,1,acond,360*3,0.07,1,c_fac
r,2,acond,36*3,0.07,1,c_fac  
r,9,acond,360*3,0.07,-1,c_fac
r,10,acond,36*3,0.07,-1,c_fac
wpstyl,0.01

R,3,60, ,   
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0  
N,1223,0.22,-0.3E-01,0   
N,1224,0.22,-0.12,0  
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3   
RMOD,3,15,0.4E-01,1
ET,3,CIRCU124,4,0   
TYPE,3  
REAL,3  
MAT,1   
N,1225,0.26,-0.75E-01,0  
E,1223,1224,1225   

R,4,1,  
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0  
n,1226,0.22,-0.06,0
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3   
RMOD,4,15,0,1
ET,4,CIRCU124,5,0   
TYPE,4  
REAL,4  
MAT,1   
E,1223,1226,122  

R,5,1,  
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0  
n,1227,0.22,-0.09,0
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3   
RMOD,5,15,0,1
ET,5,CIRCU124,5,0   
TYPE,5  
REAL,5  
MAT,1   
E,1226,1227,471

r,11,2
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0  
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3  
RMOD,11,15,0,1
ET,9,CIRCU124,0,0   
TYPE,9  
REAL,11  
MAT,1   
E,1227,1224

R,6,1e-008,
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0  
N,1228,0.23,0.16,0   
N,1229,0.23,0.7E-01,0
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3   
RMOD,6,15,0.3E-01,1
ET,6,CIRCU124,0,0   
TYPE,6  
REAL,6  
MAT,1   
E,1228,1229
  
R,7,1,  
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0
n,1230,0.23,0.13,0
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3   
RMOD,7,15,0,1
ET,7,CIRCU124,5,0   
TYPE,7  
REAL,7  
MAT,1   
E,1228,1230,290

R,8,1,  
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0
n,1231,0.23,0.10,0
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3   
RMOD,8,15,0,1
ET,8,CIRCU124,5,0   
TYPE,8  
REAL,8  
MAT,1   
E,1230,1231,650

r,12,0.02
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0  
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3  
RMOD,12,15,0,1
ET,10,CIRCU124,0,0   
TYPE,10  
REAL,12  
MAT,1   
E,1231,1229

FLST,2,2,1,ORDE,2   
FITEM,2,1224
FITEM,2,1229
D,P51X,VOLT,0  

esel,,ename,,53
esel,r,real,,1  
nsle
cp,1,curr,all   
cp,2,emf,all
esel,,ename,,53
esel,r,real,,2  
nsle
cp,3,curr,all   
cp,4,emf,all
esel,,ename,,53
esel,r,real,,9
nsle
cp,5,curr,all
cp,6,emf,all
esel,,ename,,53
esel,r,real,,10
nsle
cp,7,curr,all
cp,8,emf,all

alls
esel,,ename,,53
nsle
nsel,r,ext  
d,all,az
alls

FINISH  

/sol
antype,harm
harfrq,60   
alls

solve
fini

结果：
电流：初极线圈：-0.21078+j1.7660(幅值为1.779A)

问题：建完整截面模型所得到的电流实部、虚部值为什么和1/2截面模型所得到的电流实部、虚部值不一样？

困扰很久了，因为后面所要建的模型会基于2D变压器，所以把这个例子好好的折腾了一番，希望大家帮帮忙。

[ 本帖最后由 北极熊甲 于 2007-12-28 18:42 编辑 ]

ponderadams

问题一：我觉得有Bx的曲线是正常的，而且很小，By也是一样但是会比Bx大点，你可以看看，
二次侧短路，铁芯中的磁密应该不大的，一次侧的产生的磁通大部分以漏磁的形式“流向”空气和线圈中形成磁回路，能量主要在漏磁中消耗，正常情况下二次侧短路的时候在线圈中测得Bx和By（漏磁的两个方向）比二次侧负载运行时的Bx和By要大
并不是直流偏置的现象，直流偏置就是直流，而不是交流

问题二，我没有很仔细地看程序，因为没有注释而且也不全是apdl编的，有部分是log文件的内容
但我觉得
1.两次的单元定义有问题
你两次都是
et,1,53
et,2,53,3

我觉得第一个模型应该是左右对称的
et,1,53,,,1
et,1,53,3,,1
第二个模型才应该是
et,1,53
et,2,53,3

2.第二个模型相当于4个线圈截面，
线圈截面的面积不能用下面这几条语句，否则电流密度减半了，当然这是我认为的
asel,,real,,1
asum
*get,acond,area,,area应该改为*get,acond/2,area,,area

[ 本帖最后由 ponderadams 于 2007-12-29 10:02 编辑 ]

purple1984

问题二已解决：
建立全截面模型，线圈截面由原来的两个变成四个，相应的直流电阻也应该变成是原来的两倍，外接电压源幅值也相应变成原来的两倍，在原程序中将命令：
R,3,60, ,
r,11,2
r,12,0.02
相应改成
r,3,60*2,,
r,11,2*2
r,12,0.02*2

结果：
一次侧电流：-0.809+j3.39(幅值为3.485A)

与1/2截面模型一次侧电流值吻合。

体会：如果在模型中用两个截面来模拟线圈时，采用以外接电阻方法来代替线圈本身直流电阻时，线圈电感加倍，直流电阻值也要相应加倍。

另外，感谢楼上的指点，但你所提到的问题二中的单元设置问题，个人感觉，axisymmetric只是针对轴对称，而非左右对称模型。

问题一还没有解决，希望大家多提建议。

ponderadams

线圈电感加倍，直流电阻值也要相应加倍，
两者并没有关系，我觉得你这样改电阻虽然数值上是对的，但是道理上不一定对

fossiler

轴对称线圈的感应电动势e=2pir*∫∫Adxdy
2D线圈的感应电动势e=l*∫∫Adxdy
第一个考虑到了实际的情况,因为不论三相还是单相变压器在短路情况下都满足漏磁场分布,因此可以简化为2D轴对称.但是第二种截面的情况就需要考虑这个l了,或者你还是可以进一步简化成2D轴对称比较一下.

arthur0203069

弱问：
电磁场培训手册中有个“2D变压器应用实例”，谐波分析。
你说的这个例子在help怎么没找到啊
望指教

tshlid

你这样改虽然数值上是一致了，但物理含义从线圈本身来说是不恰当的。
其实，需要修改的是线圈的等效长度，即采用两个截面模拟时长度应为原来长度的1/2。其他不需改动，具体来说就是将
r,1,acond,360*3,0.07,1,c_fac
r,2,acond,36*3,0.07,1,c_fac  
r,9,acond,360*3,0.07,-1,c_fac
r,10,acond,36*3,0.07,-1,c_fac
改成
r,1,acond,360*3,0.07/2,1,c_fac
r,2,acond,36*3,0.07/2,1,c_fac  
r,9,acond,360*3,0.07/2,-1,c_fac
r,10,acond,36*3,0.07/2,-1,c_fac
结果就对了

ponderadams

只要机子承受的了，我可不愿意用2d，而且我会用3d全模型，这样也不会搞出这么许多东东问题

tshlid

3D全模型对于矩形线圈的场路耦合加载好像很麻烦啊！

arthur0203069

楼主能不能把最原始的例子源码放上来一份，研究研究

purple1984

可以具体讲讲线圈的等效长度是如何定义的吗？（从物理模型上讲）
另外我如果用实常数定义好了线圈的等效长度，铁心的Z方向长度和这个量有关系吗？
谢谢。

ponderadams

等效长度=总高度减去截面的长边

意思就是：一般如果是扁导线，截面是一个长方形L1*L2，就是有长边L1和短边L2
总高度=n*L1，就是有n匝螺旋绕线
等效长度=(n-1)*L1；

因此这个高度比几何高度要小，铁心的窗口高度要更大，因为还要包括端部绝缘的厚度，在高电压等级的变压器，端部绝缘高度很大的

richer1000

請教怎麼看電流波形

honorking

我也需要这个答案
楼主的电流波形是用什么命令实现的？
是不是*get从数据库获得？

yinzhen12

:lol o(∩_∩)o...哈哈，事先声明，我刚学了三天磁场分析，可能是口误，我认为这两个模型都有问题！

wyilvy

POST26 13# richer1000

zlm0622

在这里学到了很多东西,在此之前我一直纠结于怎样怎样给全2D模型加载电源,现在终于有些头绪了.谢谢!

漠北冰川

楼主好，小弟学习ansys电磁场分析时间不长，不知可否加您QQ方便请教？我的QQ是715141545，谢谢

漠北冰川

R,3,u, ,  
*GET,_zz2,active,,csys  
*GET,_zz3,active,,dsys  
CSYS,0  
DSYS,0  
N,664,0.12,-0.3E-01,0   
N,665,0.12,-0.12,0  
CSYS,_zz2   
DSYS,_zz3   
RMOD,3,15,0.4E-01,1
ET,3,CIRCU124,4,0   
TYPE,3  
REAL,3  
MAT,1   
N,666,0.16,-0.75E-01,0  

E,664,665,666
这一段命令流什么意思？求高人指点

sagna

楼主   电流波形如何出来  请指点下