励磁线圈建模

Simcenter STAR-CCM+ 可用于将励磁线圈建模为固体区域。

励磁线圈模型和有限元励磁线圈模型用于计算励磁线圈产生的电流密度(Eqn. (4405) 中的 Jcoil)。磁矢势求解器将计算的 Jcoil 用作固体区域的电流密度源。

在瞬态模拟中,励磁线圈模型还可计算单位电动势。

要对励磁线圈建模:

  1. 按照选择物理模型和材料中所述,设置物理连续体。
  2. 在与线圈区域关联的固体连续体中,激活励磁线圈模型或有限元励磁线圈模型,具体取决于选定的磁矢势模型:
    磁矢势模型励磁线圈模型

    有限元磁矢势

    谐波平衡 FE 磁矢势

    有限元励磁线圈
    其他磁矢势模型 励磁线圈
  3. 可以选择激活固体能量模型并指定热分析的适当设置。
  4. 如果有限元励磁线圈模型已激活,则指定用于指定电流方向的方法。
    1. 选择[物理连续体] > 模型 > 有限元励磁线圈节点。
    2. 选择适当的方法:
      • 边界

        设置线圈的边界条件。

      • 矢量

        此方法必须用于不存在流入/流出边界的闭合线圈。

        当前方向由穿过线圈的参考平面的平面法向指定。需要创建适当的衍生部件平面截面,其原点位于线圈内,法向指向电流方向。

        有关创建衍生部件平面截面的更多信息,请参见使用显式平面工具。

      稍后在此工作流中,可以使用选定的方法来指定电流方向。

  5. 根据使用的励磁线圈模型,定义励磁线圈:
    选项描述
    有限元励磁线圈
    1. 选择区域 > [线圈区域] > 物理条件 > 励磁线圈类型选项节点,然后指定适当的选项。

      通过 Simcenter STAR-CCM+ 可定义绞合或实心线圈。对于绞合线圈,定义电流密度,而对于实心线圈,定义线圈电压。相应的方法可以在励磁线圈驱动选项节点下可视化。实心线圈适用于线圈横截面相对涡流深度不可忽略的应用场景。但是,它们与电路编辑器中的磁电感报告或励磁线圈电路元件不兼容。

      对于实心线圈,导电率(或谐波平衡 FE 磁矢势模型的复导电率的实部)必须为非零。

    2. 对于绞合线圈,指定用于计算线圈电流密度幅值的参数:
      1. 选择电流密度幅值 > 安匝节点,并指定线圈中的匝数。

        当线圈区域包含多个线圈部件时,匝数是单个线圈中的总匝数(而不是整个区域中的匝数)。

      2. 选择电流密度幅值 > 安匝 > 电流节点,然后指定流经单根电线的电流。

        对于谐波平衡 FE 磁矢量势模型,此节点为复电流,用于将电流指定为复数值。

    3. 对于实心线圈,选择物理值 > 励磁线圈电压节点,然后设置值。

      对于谐波平衡 FE 磁矢势模型,此节点为复数电势。在此节点下,可以使用复合矩形方法(实部和虚部电压分量)或复合极性方法(复电压的幅值和相位)定义复电压。

    励磁线圈
    1. 展开区域 > [线圈区域] > 物理值节点。
    2. 选择电流密度幅值 > 安匝节点,并指定线圈中的匝数。

      当线圈区域包含多个线圈部件时,匝数是单个线圈中的总匝数(而不是整个区域中的匝数)。

    3. 选择电流密度幅值 > 安匝 > 电流节点,然后指定流经单根电线的电流。

      对于谐波平衡 FE 磁矢量势模型,此节点为复电流,用于将电流指定为复数值。

    4. 定义以下属性:
      • 励磁线圈截面数 - 指定参考面积穿过线圈区域的截面数(请参见 Eqn. (4413))。

      • 励磁线圈参考横截面 - 在 3D 模拟中,通过指定相应的输入部件来定义参考横截面,如内部交界面或穿过线圈区域的截面(请参见励磁线圈参考横截面)。
      • 励磁线圈参考高度 - 在 2D 模拟中,输入参考高度(请参见励磁线圈参考高度)。
    为每个部件指定励磁线圈电流、励磁线圈电压和匝数,这仅适用于有限元磁矢势模型。
  6. 通过以下方式之一指定电流的方向:
    选项描述
    有限元励磁线圈

    根据用于指定电流方向的方法完成适当的步骤(请参见 [reflink])。

    对于边界方法:

    1. 展开[线圈区域] > 边界节点。
    2. 对于每个边界,选择物理条件 > 电流方向节点,然后指定边界是流入、流出还是绝缘边界。请参见电流方向。

    对于矢量方法:

    1. 选择[线圈区域] > 物理值 > 指定电流方向节点。
    2. 设置参考部件以选择适当的平面截面衍生部件。平面截面的原点必须位于线圈内。平面法向指定电流方向(请参见励磁线圈参考横截面)。

    以下步骤适用于这两种方法:

    • 选择 [线圈区域] > 物理值 > 局部方向场节点,然后将方向设为原始(流入至流出)或翻转(流出至流入)。此设置指定 Eqn. (4410) 中的因子 s = ± 1 (原始 = 1,翻转 = -1)。

    励磁线圈
    1. 选择[线圈区域] > 物理值 > 局部方向场节点。
    2. 在 3D 模拟中,设置用于确定局部方向场的方法。
    3. 将局部场方向设为向前或向后。
  7. 在瞬态模拟中,对于绞合线圈,选择物理值 > 励磁线圈导体面积 > 导体面积节点,然后将导电材料覆盖的面积指定为绝对值或相对值。
    例如,根据特定电线度量指定绝对值,或将相对值指定为线圈面积的百分比。Simcenter STAR-CCM+ 使用该值来计算励磁线圈导体电阻报告(请参见励磁线圈导体电阻)。
可通过创建磁链报告,来计算线圈中的磁链(请参见 Eqn. (4415))。创建磁链报告的步骤取决于使用中的磁矢势模型。
  1. 根据使用的磁矢势模型,可通过以下某种方式创建磁链报告:
    磁矢势模型步骤
    有限元磁矢势 + Fe 励磁线圈

    或

    有限元磁矢势 + Fe 励磁线圈 + 励磁线圈集总参数
    1. 右键单击报告节点,然后选择新报告 > 体积积分 - 有限元。
    2. 选择报告 > [体积积分 - 有限元] 节点,然后将部件设为相关线圈区域。
    3. 将场函数设为特定磁通量连接。
    4. 根据需要设置其余属性。

    或者,也可以创建磁链报告,如下所述。

    横向磁势 + 励磁线圈

    或

    横向磁势 + 励磁线圈 + 励磁线圈集总参数
    1. 右键单击报告节点,然后选择新报告 > 磁链。
    2. 选择报告 > [磁链]节点,然后将部件设为相关线圈区域。
    3. 根据需要设置其余属性。