場路耦合
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
場路耦合的視頻教程
EasiMotor Online軟件專場培訓（不同電機求解方式的分析）
1、磁路法、場路耦合算法、有限元算法的基本原理； 2、電機采用磁路法求解和采用場路耦合算法、有限元算法的主要區別，以及計算精度、計算時間的區別； 3、磁路法、場路耦合算法、有限元算法適用的場合以及可應用的范圍； 4、不同類型的電機設計過程如何選擇不同的求解方式； 5、基于不同算法，軟件操作的流程介紹。
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Altair HyperWorks電機應用專題（共四期）
【已結束】? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 直播時間：2019-12-26 19:30 本期內容大綱（主講老師：王琪） 電機電控場路耦合協同仿真
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場路耦合的實例教程
1.2 場路耦合電路方程
如圖1所示等效電路模型即為用于場路耦合計算的繞組回路的等效電路。
圖1. 場路耦合的等效電路模型
電路分析中，因為繞組中渦流的影響很小，可將其忽略，則等效電路的電路方程可表示為：
為建立電路和場耦合的聯系，根據電磁感應定律，可以用繞組所交鏈的磁鏈的變化率來表示繞組所產生的感應電動勢：
渦流計算中，繞組的磁鏈可表示為：
將上面2個公式并進行離散，得到：
Ps:因不法商家瘋狂盜取本公眾號截圖，對工作室造成了不良影響，因此文章選圖皆做水印處理，為此給大家帶來不便敬請諒解。
2. 物理模型
由于變壓器內部幾何結構復雜，各部分結構尺寸相差懸殊，在滿足電磁場求解精度的前提下，為了合理簡化求解過程，以滿足計算機工作限度，在場路耦合的電磁計算中對變壓器模型作出以下基本假設：
（1）由于計算條件的限制，近似認為變壓器結構件的材料均勻，各向同性；
（2）將變壓器原邊繞組和副邊繞組等效為圓筒狀；
（3）變壓器三相鐵芯繞組完全對稱，變壓器內部繞組中心處連線縱向軸面前后對稱，左右對稱；
（4）基于電磁感應原理工作的變壓器，其電磁關系主要由鐵芯和繞組決定，忽略變壓器內夾件、拉板等其他結構件的影響，只保留變壓器的鐵芯和繞組。具體計算模型和材料參數如圖2和3所示。
圖2. 計算模型
圖3. 材料參數設置
3. 物理場邊界條件
基于場路耦合數學模型對變壓器運行在額定工況時的內部電氣量變化和內部磁場分布情況進行仿真計算，分析變壓器內部電磁性能規律。物理場邊界條件及場路耦合模型設置如圖4所示，網格剖分及質量分布如圖5所示。
圖4. 物理場邊界條件及場路耦合模型
圖5.
展開 一、給方法解決以下關鍵問題：
1、仿真分析結果主要在于經驗積累，12年以上正脈工程應用專家帶你答疑解惑
2、有效掌握變壓器、電磁閥機電產品Maxwell和Simplorer場路耦合工程分析方法+實操模型訓練
3、所有實例緊緊圍繞變壓器、電磁閥等機電產品Maxwell和Simplorer場路耦合工程分析為核心目標，進行實操模擬訓練
二、12個實例模型貼近工程實戰操作：
實例01：螺旋線圈磁場仿真
實例02：磁場類型問題分析
實例03：電場類型問題分析
實例04：電動機2D場分析
實例05：電磁閥3D場分析
實例06：穩壓電路分析
實例07：直流電動機電流和速度控制分析
實例08：三相PWM整流橋電動機C模型分析
實例09：電磁制動器場路耦合分析
實例10：無線充電器場路耦合分析
實例11：永磁電機場路耦合分析
實例12：電磁爐場路耦合分析
三、差異化、效果保證：
1、實戰：專注CAE仿真計算12年，有自己的超算中心，積累了大量的項目工程案例
2、原理：帶領學員訓練實操過程，注重步驟和設置原理
3、系統：7600+學員反饋、工程實例更新與精選，形成系統的版權知識體系
4、響應：自主師資與合伙人模式，可直接對接客戶問題，即時做出響應
5、效果：所有學員提供高配筆記本、工程模型、電子資料、操作軟件、操作指導與反饋
四、增值服務
持本人學生證或教師證享有9折優惠；一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠。
展開 4、軟件所有功能介紹（支持永磁同步電機、異步電機、無刷電機、串激電機等20多種電機類型快速計算，支持電機內電磁、機械、溫升、NVH多物理域耦合求解、內嵌控制算法等）。
5、合理的設置軟件的輸入（電機尺寸參數）及邊界條件（溫度、工藝影響、材料特性等）的設置使得仿真和測試誤差無限縮小。
6、如何能夠持續不斷的獲得不同電機類型磁路法、場路耦合及有限元計算的權益。
2013年于蓬等利用場路耦合，得到了考慮外控制電路作用下的電磁激勵。此外，2010年唐任遠發現控制電流相位偏差引起2階轉矩波動】，證實了外控制電路可產生多源激勵引起電機振動。
3．4 其他激勵
機械激勵：軸承或電刷裝置等的機械摩擦，轉子動不平衡是最常見的機械振動激勵；電機內的冷卻風扇轉動激勵電機產生噪聲；路面不平造成的附著力波動是引起驅動電機扭振的激勵。
4 基于磁固耦合的電機振動噪聲動態響應分析研究
4．1 結合場路耦合對電磁激勵進行仿真、利用ROMAX仿真獲得機械激勵
針對電機本身電磁激勵，國內外多采用電磁分析軟件仿真電磁力，早期，1997年比利時提出了計算徑向電磁力的方法，隨著有限元法的普及，多利用電磁有限元仿真軟件對電機磁場分析，2012年后考慮多物理場對電機的影響，建立了永磁同步電機多物理模型。
由于考慮外控制電路產生的電磁激勵，2012年國外學者、2013年國內學者開始進行場路耦合仿真電磁激勵，分別用有限元軟件對電機進行電磁仿真、用MATLAB／simulink搭建控制電路模型，結合兩者得到電磁激勵。
展開 圖11 電機表面振動加速度頻譜圖
圖12 減速器軸承座處聲壓階次圖
6 結論
本文首先基于場路耦合對電機的電磁場進行分析，得到了電機穩態過程中的徑、切向電磁力。將動力總成穩態下電機定子受到的電磁力進行傅立葉分析，得到電磁力的諧波成分。在ANSYS Workbench中建立了電動車動力總成有限元模型，分析了切向電磁力對系統振動噪聲特性的影響，并進行了試驗研究。得到的主要結論如下:
1)減速器的存在使得系統的振型變得復雜，不再是典型的電機振型，而是既有單獨的電機振型，也有單獨的減速器振型，還有二者耦合的整體振型。
2)動力總成固有頻率分布密集，在電磁力的諧波頻率附近都存在著多個固有頻率，會對系統振動噪聲特性產生影響。
3)電機與減速器集成化后，切向電磁力產生了不可忽略的影響:振動方面，切向電磁力僅對電機表面的切向振動產生影響而對徑向振動沒有影響，但是從減速器表面的振動情況來看，切向電磁力在2000Hz和2400Hz處產生了明顯的振動;噪聲方面，切向電磁力對電機表面的聲壓級貢獻不大，只是在2400Hz左右有4dB的差別。而對減速器表面2000Hz～2400Hz范圍內的聲場貢獻較大。其原因在于，整體考慮電機與減速器后，系統的振動特性發生改變，切向電磁力會對減速器產生影響，而且切向電磁力在固有頻率2000Hz和2400Hz處存在諧波分量。
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6)電磁暫態(有限元法)
“電磁暫態(有限元法)”主要功能是根據場路耦合有限單元法進行電磁暫態分析。
自動完成有限單元網格剖分和磁場結果后處理，利用有限單元法分析電機電磁場，并和電路網絡耦合在一起做電磁暫態特性計算，包括線圈電感、繞組電感、繞組磁鏈、繞組電流、繞組電壓、氣隙磁通密度、氣隙磁力密度、電磁轉矩、齒槽轉矩、轉子轉速、轉子加速度、轉子旋轉角度位移等。
功能特點：
電場、電流場和磁場的靜態、瞬態和時諧分析，通電導體的運動和場路耦合分析等分析類型；
電荷、電流、電壓、電路和外加電磁場等激勵；
懸浮電位、周期邊界、開放邊界和滑動邊界等邊界條件；
電容、電導、電感、損耗、電磁力等后處理計算功能。
轉軸和轉子側氣隙為運動區域，轉子繞中心轉速為585rpm，運動區域如下圖所示：
感應電機運動區域設置
3）激勵設置
三相感應電機的定子槽的接線圖如下圖所示：
定子繞組接線圖
同時，建立以有效值為380V交流電壓源為激勵源的三相繞組電路模型，通過場路耦合施加三相感應電機的繞組激勵
2、電機電磁性能數字模擬計算模塊
1） 電機電磁場求解
? 靜電場、瞬態電場、靜磁場、時諧磁場、瞬態磁場與場路耦合等。
2） 電機運動問題
? 旋轉電機的2D/3D旋轉運動；
? 直線電機的2D/3D直線運動。
3） 電機電磁場量計算
? 磁場強度、磁感應強度、磁力線、磁場能量、損耗密度、電流密度、電磁力密度等。
Ansys機電組件和系統解決方案
Ansys的主要優勢
Ansys在電力變壓器仿真方面的具體優勢
? 強大的靜態和瞬態求解器，可解決集膚效應、非線性飽和問題、損耗、多繞組的外部電路以及隨時間變化的磁場
? 強大的自適應網格劃分技術可生成適當、準確和有效的網格
? 高性能計算 (HPC) ，通過參數化和優化來解決數值（矩陣）較大的仿真問題
? 用于多繞組和瞬態分析的場路耦合仿真
基本功能點如下：
?電場、電流場和磁場的靜態、瞬態和時諧分析，通電導體的運動和場路耦合分析等分析類型；
電荷、電流、電壓、電路和外加電磁場等激勵；
懸浮電位、周期邊界、開放邊界和滑動邊界等邊界條件；
電容、電導、電感、損耗、電磁力等后處理計算功能。
1.2 場路耦合電路方程
如圖1所示等效電路模型即為用于場路耦合計算的繞組回路的等效電路。
圖1.
詳細物理場邊界條件及場路耦合模型設置如圖4所示。
圖4. 物理場邊界條件
網格剖分質量是影響計算過程收斂性和計算結果準確性的關鍵因素，網格剖分質量越高，計算結果的準確性也越高，但過于精細的剖分單元對計算機的要求越苛刻，因此，在仿真計算中僅對閥片柱進行網格加密，其他零件在保持計算結果準確性的前提下，選擇適當的剖分精度。網格剖分分布如圖5所示。
圖5.
詳細物理場邊界條件及場路耦合模型設置如圖4所示。
圖4. 物理場邊界條件
網格剖分質量是影響計算過程收斂性和計算結果準確性的關鍵因素，網格剖分質量越高，計算結果的準確性也越高，但過于精細的剖分單元對計算機的要求越苛刻，因此，在仿真計算中對流體邊界進行網格加密，其他部分在保持計算結果準確性的前提下，選擇適當的剖分精度。網格剖分分布如圖5所示。
圖5.
提高發電量，提高太陽能的成本效益
Ansys光伏解決方案
總結
? Ansys為光伏產品提供了完整的FEA解決方案
? 集成結構，流體，電磁，電路，控制，多物理場和系統建模等仿真功能
? 自適應網格，高性能計算，場路耦合和高級材料模型等高級功能可確保滿足當前和未來的仿真需求
