(原创分享)例题，公式计算结果与ansys计算结果对比
例题如下：直流电磁铁，磁路由D4硅钢片叠成的铁芯、铸钢做成的衔铁、空气隙三部分组成（如图附件），图中尺寸，a=200mm,b=1600mm,c=250mm,d=1000mm,h=300mm,La=1mm,线圈匝数2600匝，硅钢片铁芯叠压系数k=0.91,问要在磁路中产生Φ=0.06Wb所需的励磁电流I是多少?电磁铁产生的吸引力有多大？
求解一： 1、求励磁电流I
从图中可计算各段磁路长度及相应的截面积，
铁芯磁路长
L1=(b-a/2)*2+(d-a )=(1600-200/2)*2+(1000-200)=3800 mm
衔铁磁路长度
L2=（C/2*2）+（d-a）=（250/2*2）+（1000-200）=1050mm
空气隙
La=1mm
铁芯截面积
A1=0.91*a*h=0.91*200*300=54600 mm**2
衔铁截面积
A2=c*h=250*300=75000 mm**2
空气隙截面积
Aa=a*h=200*300=60000 mm**2
各段磁通密度
B1=Φ/A1=0.06/（546e-4）=1.1 T
B2=Φ/A2=0.06/（750e-4）=0.8 T
Ba=Φ/Aa=0.06/（600e-4）=1 T
由硅钢片和铸铁的磁化曲线可查到相应的磁场强度为
H1=400A/m
H2=140A/m
空气隙的磁场强度
Ha=0.8e6*Ba=0.8e6*1=0.8e6 A/m
则励磁电流
I=∑HL/N=（H1*L1+Ha*La+H2*L2）/N
=(400*3.8+8e5*0.1e-2+140*1.05)/2600=0.95 A
2、电磁铁吸引力
F=（B1**2）*A1*1e7/(8*3.1415926)=1.1*1.1*546e-4*1e7/(8*3.1415926)=26287 N
终于敲完这段了！
求解二：使用ansys 命令流，为了简单我就不输入BH线了，有兴趣的可以输入BH线看看！
!Start a new job
!---------------
FINISH
/CLEAR,START
/FILENAME,verify,0
/TITLE,VERIFY
/PREP7
EMUNIT,MKS
circuNum=2600 !线圈匝数
current=0.95 !励磁电流
mur1=4500 !铸铁相对磁导率 u=B/u0/H计算得来
mur2=2200 !硅钢片相对磁导率
mur3=1 !空气隙相对磁导率
!define ele type
!---------------
ET,1,PLANE53 !53单元类型，平面
!define mat prop
!---------------
MP,MURX,1,mur3 !空气材料
MP,MURX,2,mur2 !铁芯材料
MP,MURX,3,mur1 !衔铁材料
!draw model
!----------
RECTNG,0,250,0,1000 ！生成模型
RECTNG,250,251,-500,1500
RECTNG,251,1651,0,200
RECTNG,251,1651,800,1000
RECTNG,1651,1851,0,1000
RECTNG,1451,2051,200,800
RECTNG,-500,3000,-500,1500
AOVLAP,ALL !连接面
NUMCMP,AREA !压缩编号
Numcmp,line
asel,s,area,,4,6,1 !定义空气材料
asel,a,area,,10,12,1
AATT, 1, , 1,
asel,s,area,,2,3,1 !定义铁芯材料
asel,a,area,,7,9,1
AATT, 2, , 1,
asel,s,area,,1 !定义衔铁材料
AATT, 3, , 1,
asel,all
ALLSEL,ALL !分网，单元尺寸，20
ESIZE,20
AMESH,ALL
ASEL,S, , , 1
ESLA,S !衔铁定义为arm部件
CM,arm,ELEM
ALLSEL,ALL !转换比例，满足mks单位
FLST,2,12,5,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-12
ARSCALE,P51X, , ,0.001,0.001,1, ,0,1
ASEL,S, , , 5 !取线圈面积，作为参数carea
ASUM, DEFAULT
!*
*GET,carea,AREA, ,AREA
!*
FLST,2,1,5,ORDE,1
FITEM,2,5
!*
BFA,P51X,JS, , ,current*circuNum/carea,0 !施加载荷左边
FLST,2,1,5,ORDE,1
FITEM,2,4
!*
BFA,P51X,JS, , ,-current*circuNum/carea,0 !施加载荷右边
FLST,2,8,4,ORDE,8 !施加边界条件
FITEM,2,5
FITEM,2,-6
FITEM,2,15
FITEM,2,-16
FITEM,2,34
FITEM,2,-35
FITEM,2,38
FITEM,2,-39
DL,P51X, ,ASYM
FMAGBC,'ARM' !增加flag
allsel,all
FINISH
/SOL
MAGSOLV,0,3,0.00 !求解
FINISH
/POST1
PLF2D,27,0,10,1 !显示磁力线
结果如下，数值Force-X与Z向长度0.3的乘积为引力大小，比求解一的结果稍大，不知道是准确了还是不准确了，供大家判定！
SUMMARY OF FORCES BY VIRTUAL WORK
Load Step Number: 1.
Substep Number: 1.
Time: 0.1000E+01
Units of Force: (N/m)
Component Force-X Force-Y
ARM 0.10178E+06 0.20787E-01
_________________________________________
SUMMARY OF FORCES BY MAXWELL STRESS TENSOR
Units of Force: (N/m)
Component Force-X Force-Y
ARM 0.10169E+06 0.27295E-01
________________________________________
Note: Maxwell forces are in the Global Cartesian coordinate system.
Virtual work forces are in the element ESYS coordinate system.
The following element table items are available for printing and
plotting of the forces obtained by Virtual Work and the Maxwell Stress
Tensor methods.
Element Item Name Method Direction
FVW_X Virtual Work X
FMX_X Maxwell Stress X
FVW_Y Virtual Work Y
FMX_Y Maxwell Stress Y
___________________________________________________________________
[[i] 本帖最后由 lmxtom 于 2007-1-9 10:24 编辑 [/i]] en,really good job!
I hope you can[color=Blue][b] add necessary explanation [/b][/color]in your program, so I can add it to the pith collection of ANSYS Emag board. 可巧，偶作过一个作业，跟这个类似。
图片最左边那个方块不知道是什么，就是有H那个。
结果的误差有几个原因：
1 由硅钢片和铸铁的磁化曲线可查到相应的磁场强度为。。。。这段话说明帝一种方法用了BH曲线。而第二种方法没有。既然作比较应该都不用或者用BH曲线的。
2 线圈占窗口的比率也有关系，也是漏磁影响
3 气息大小对漏磁有影响，所以如果衔铁比现在的这个厚、长、短。。。得到的理论和FEA结果的吻合程度也是不同的。理想情况下，主要是漏磁的影响最重要。
暂时就想到这么多
最后，希望大家多发这样的帖子。
[[i] 本帖最后由 perch88 于 2007-1-7 15:20 编辑 [/i]] 图片左边的图形为铁芯线圈的剖面图，显示铁芯线圈的厚度！
第一种方法，只是利用BH曲线查询磁场强度
第二种方法，利用第一种方法查到BH值根据公式，ur=B/u0/H计算相对磁导率而已，所以没有输入BH曲线 不要激动，呵呵
先不考虑BH曲线。因为（1）磁路法用的平均长度不够准确，实际的磁力线是跑道形（2）实际的磁通分布不均匀，靠近窗口的大，磁路法取几何中心作为安培定律积分得长度有误差（3）FEA法有漏磁。
因为（1）和（2），磁路法算出来的I不准，用这个I去ansys里面加载，结果有误差是不可避免的。
考虑BH曲线后，磁通大的地方会产生饱和，我觉得这样可以多少弥补I的误差。我觉得加了BH曲线，两个结果会比不考虑BH曲线会接近一些。（这个猜想有待大家验证，呵呵）
最后，我被两个磁导率搞糊涂了，是不是两个应该颠倒？
铁芯截面积54600 mm**2 这里有个546
衔铁截面积75000 mm**2
各段磁通密度B1=Φ/A1=0.06/（546e-4）=1.1 T 根据546可知这个市铁心的B
B2=Φ/A2=0.06/（750e-4）=0.8 T根据750可知这个是衔铁的B
由硅钢片和铸铁的磁化曲线可查到相应的磁场强度为
H1=400A/m这个市铁心的H 算出相对磁导率小，大概2188
H2=140A/m这个是衔铁的H 算出相对磁导率大，大概4547
由这句话“磁路由D4硅钢片叠成的铁芯、铸钢做成的衔铁”可知，铁心=硅钢片=2188，衔铁=铸钢=4547。
[color=blue]而下面的ansys中磁导率的定义却与上面的结果相反，不知为何。如果是笔误，那么还需要重新计算了再比较结果了。[/color]
mur1=4500 !硅钢片相对磁导率u=B/u0/H计算得来
mur2=2200 !铸铁相对磁导率 哦，刚才又看了磁路法算电磁力那一段
空气的面积，并不是等于铁的面积，要根据气息长度等效为(a+g)*(b+g)或者1.5g或者2g
这样以后，力本身就大一些。
因为到处都有误差，俩结果肯定不同。但是不会差很多，比如一个2万五，一个3万五就比较夸张了。 版大很敬业！！！！
关于材料磁导率问题，由于注释是后来应二楼要求添加的，所以注释的位置有误，命令流中没有用错，可执行后自行验证。现已将注释调整了。
关于等效空气隙的问题，考虑1mm的间隙很小，所以ah+(a+h)*La=60000+500近似等于ah，相差仅0.8%，因此直接使用ah作为空气隙面积，不会带来太大影响。
版大提示：三条关于误差的分析很有道理，如果要提高计算的准确度，还应当通过实际测量，进行分析校正。毕竟手工计算方法是根据一般的经验进行的估算，有限元方法的计算和网格化分，参数准备等有一定关系。因此只要计算的结果满足工程需要，还是可以给一定的指导作用的。 不敢，就是看你好像不是做作业这么简单，而且你的问题清楚，命令流很全，容易看了
我当时的作业用BH曲线，两个力一个三万多点，一个大概3万三，具体记不清了。感觉还可以
实际测量误差还得加上端部漏磁，越发有些乱了，不过至少知道大概有多少力
现在的工作点基本没怎么饱和，挺好 寻求电磁水泵的cae分析。
qq305480462
[email]liubeny@tom.com[/email] 寻求电磁水泵的cae分析。
qq305480462
[email]liubeny@tom.com[/email] 好贴，先收藏一下，等有时间再看，楼主辛苦了！
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