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第11卷第2期2008年4月
西安文理学院学报:自然科学版JournalofXianUniversityofArts&Science(NatSciEd)
Vol.11No.2Apr.2008
文章编号:10085564(2008)02008104
电力电子装置的参数化建模及其仿真分析
张
摘
伟,雷俊红
(西安文理学院机械电子工程系,陕西西安710065)要:在对一个电路进行实际分析过程中,经常需要对电路的走线、元件的安放位置进行调整,以
便观察对电磁场分布的影响.这样,直接采用ANSYS软件提供的图形用户界面进行建模就显得很不适用。为了克服这一缺点,本文中采用ANSYS软件提供的命令流语言编写了一个通用程序,来实现电路的空间建模。采用该通用程序,可以方便的对电路空间模型进行修改操作,不需要用界面重新建模.关键词:ANSYS命令流;电力电子电路;电磁场;建模中图分类号:TP319文献标识码:A
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引言
APDL是ANSYSParameterDesignLanguage的缩写,即ANSYS参数化设计语言,它是一门可用来自动
完成有限元常规分析操作或通过参数化变量方式建立分析模型的脚本语言,用建立智能化分析的手段为用户提供自动完成有限元分析过程,即程序的输入可设定为根据指定的函数、变量以及选用的分析类型来做决定,是完成优化设计的最主要基础.APDL允许复杂的数据输入,使用户实际上对任何设计或分析属性有控制权.用户可以利用程序设计语言将ANSYS命令组织起来,编写出参数化蹬用户程序,从而实现有限元分析的全过程,即建立参数化的CAD模型、参数化的网格划分与控制、参数化的材料定义、参数化的载荷和边界条件定义、参数化的分析控制和求解以及参数化的后处理.[1-2]
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问题的提出
对于同一个电路,元件的摆放位置是可以人为调整的,这会引起线路走线的变化;元件位置不变,走线的位置是可以调整的,这也可以引起电路性质的变化.调整这些走线或元件的位置也会改变电路拓扑结构.(以全桥逆变电路为例进行说明,原理图如图1所示)根据全桥逆变电路原理图,假设建立了如图2
图1全桥逆变电路原理图
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所示的电路板,那么根据这样布线,在ANSYS中可以建立如图3所示的这样一种空间实体模型.ANSYS软件虽然提供了友好的图形用户界面,但是一旦进行网格划分后,想要更改某些操作(如,改变元件的尺寸大小等)就必须对整个电路重新建模.另外,在对一个电路进行实际分析过程中,经常需要对电路
收稿日期:20071210基金项目:西安文理学院专项科研基金资助项目(KY200648).作者简介:张伟(1976),女,陕西西安人,西安文理学院机械电子工程系助教,硕士.研究方向:新型电力电子装置与计算机控制.
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西安文理学院学报:自然科学版
第11卷
的走线、元件的安放位置进行调整,以便观察对电磁场分布的影响,这样,直接采用ANSYS软件提供的图形用户界面进行建模就显得很麻烦[6].本文采用ANSYS软件提供的命令流语言编写了一个通用程序,来实现电路的空间建模.采用该通用程序,可以方便的对电路空间模型进行修改操作,不需要用界面重新建模.
图2全桥逆变电路的PCB板布线图
图3全桥逆变电路的空间实体模型图
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用APDL语言编写通用程序
与其他大型软件一样,ANSYS软件不仅提供强大的GUI前台应用功能,它还提供了一种强大的二次开发接口,以使ANSYS在各个应用层次上发挥强大的功能.APDL语言[4]是有限元分析软件ANSYS自带的一种批处理语言,它为参数化的有限元模型提供了一个强有力的工具.因此选用APDL语言来实现编程.
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通用程序的优点及功能
(1)具有通用性
实体建模模块包括参数输入和创建实体两部分组成.对于同一系列、同一型号的元件,由于只是尺寸参数不同,结构相同,所以要把该软件应用于同系列、同型号的其他元件电磁场计算只需修改软件中参数即可,软件中创建实体的命令流部分完全相同.(2)易于改变电路的拓扑结构对于电力电子装置设备内部元器件必须整体考虑电磁干扰的问题,设备内部的干扰源会通过辐射和串扰等途径影响其它元器件或部件的正常工作,而且在离干扰源一定距离时,干扰源的能量将大大衰减,因此,合理的布局有利于减小电磁干扰的影响[5].对于具有相同类型的电路,只是布线结构的不同,可以很方便地只改变元件的摆放位置参数就可以了.(3)后处理更为方便
图4单相