ANSYSMaxwell瞬态分析案例.docx
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ANSYSMaxwell瞬态分析案例.docx
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ANSYSMaxwell瞬态分析案例
1.Maxwell2D:
金属块涡流损耗
(一)启动Workbench并保存
1.在windows系统下执行“开场〞→“所有程序〞→ANSYS15.0→Workbench15.0命令,启动ANSYSWorkbench15.0,进入主界面。
2.进入Workbench后,单击工具栏中的按钮,将文件保存。
(二)建立电磁分析
1.双击Workbench平台左侧的Toolbox→AnalysisSystems→Maxwell2D此时在ProjectSchematic中出现电磁分析流程图。
2.双击表A中的A2,进入Maxwell软件界面。
在Maxwell软件界面可以完成有限元分析的流程操作。
3.选择菜单栏中Maxwell2D→SolutionType命令,弹出SolutionType对话框
(1)GeometryMode:
CylinderaboutZ
(2)Magnetic:
Transient
(3)单击OK按钮
4.依次单击Modeler→Units选项,弹出SetModelUnits对话框,将单位设置成mm,并单击OK按钮。
(三)建立几何模型和设置材料
1.选择菜单栏中Draw→Rectangle命令,创立长方形
在绝对坐标栏中输入:
X=500,Y=0,Z=0,并按Enter键
在相对坐标栏中输入:
dX=20,dY=0,dZ=500,并按Enter键
2.选中长方形,选择菜单栏中Edit→Duplicatealongline命令
在绝对坐标栏中输入:
X=0,Y=0,Z=0,并按Enter键
在相对坐标栏中输入:
dX=50,dY=0,dZ=0,并按Enter键
弹出Duplicatealongline对话框,在对话框中TotalNumber:
3,然后单击OK按钮。
3.选中3个长方形右击,在快捷菜单中选择AssignMaterial命令,在材料库中选择Aluminum,然后单击OK按钮。
(四)设置求解域
选择菜单栏中Draw→Region命令,在弹出的Region对话框中输入Value=500,并单击OK按钮。
(五)添加鼓励
1.选中Rectangle1右击,在快捷菜单中选择AssignExcitations→Coil命令,弹出CoilExcitations对话框,在对话框中填入以下容:
(1)Name:
CoilTerminal1
(2)NumberofConductors:
100
(3)单击OK按钮
2.选中Rectangle1右击,在快捷菜单中选择AssignExcitations→AddWinding命令,弹出Winding对话框,在对话框中填入以下容:
(1)Name:
Winding_A
(2)Type:
Current
(3)Stranded:
Checked
(4)Current:
50*sin(2*PI*50*Time)
(5)单击OK按钮
3.在Projectmanager菜单下,右击Excitations→Winding1→AddCoils命令,选中Rectangle1行,然后单击OK按钮。
4.同样操作其余2个绕组
(1)Rectangle2:
NumberofConductors:
90
Stranded:
Checked
Current:
54*sin(2*PI*50*Time)
(2)Rectangle3:
NumberofConductors:
80
Stranded:
Checked
Current:
58*sin(2*PI*50*Time)
5.选择求解域的3个边界〔除Z轴上的线外〕,依次单击菜单栏中的Maxwell2D→Boundaries→Assign→Ballon命令
(六)网格划分
1.选中3个几何,依次单击菜单栏中的Maxwell2D→MeshOperations→InsideSelection→LengthBased命令,此时弹出ElementLengthBasedRefinement对话框,在对话框中填入以下容:
(1)Name:
Length1
(2):
RestrictLengthOfElements
(3)MaximumLengthofElements:
5mm
(4):
RestricttheNumberofElements
(5)单击OK按钮
2.选中求解域,依次单击菜单栏中的Maxwell2D→MeshOperations→Assign→InsideSelection→LengthBased命令,此时弹出ElementLengthBasedRefinement对话框,在对话框中填入以下容:
(1)Name:
Length1
(2):
RestrictLengthOfElements
(3)MaximumLengthofElements:
50mm
(4):
RestricttheNumberofElements
(5)单击OK按钮
3.划分网格,依次单击菜单栏中的Maxwell2D→AnalysisSetup→ApplyMeshOperations命令。
4.显示网格,选中几何,依次单击菜单栏中的Maxwell2D→Field→PlotMesh命令,然后单击OK按钮。
5.单击工具栏中的〔Solutiondata〕图标,可以显示网格数量。
(七)求解计算
1.依次选择菜单栏中Maxwell2D→AnalysisSetup→AddSolutionSetup命令,此时弹出SolutionSetup对话框,在对话框中填入以下容:
(1)General:
StopTime:
0.2s
TimeStep:
0.002s
(2)SaveField:
Start:
0s
Stop:
0.2s
Step:
0.002s
点击AddtoList
(3)单击OK按钮
2.依次选择菜单栏中的Maxwell2D→ValidationCheck命令,此时弹出的对话框中,如果全部项目都有说明前处理操作没有问题;如果有弹出,那么需要重新检查模型;如果有!
出现,那么不会影响计算。
3.依次选择Maxwell2D→AnalyzeAll命令,此时程序开场计算。
(八)云图显示〔Fields〕
1.双击左下角Time=-1;任意选择时间节点,然后单击OK按钮。
2.选中所有几何,依次选择菜单栏中的Maxwell2D→Fields→Fields→A→Fluxline命令,显示磁力等值线图;
选中所有几何,依次选择菜单栏中的Maxwell2D→Fields→Fields→H→H_Vector命令,显示磁矢量图;
选中所有几何,依次选择菜单栏中的Maxwell2D→Fields→Fields→H→Mag_H命令,显示磁场分布图。
(九)图表显示〔Results〕
1.依次选择菜单栏中的Maxwell2D→Results→CreateTransientReport→RectangularPlot命令,在弹出的Reports对话框中做如下设置:
(1)在Category中选择Winding
(2)在Quantity中选择InputCurrent(Winding1)、InputCurrent(Winding2)、InputCurrent(Winding3)选项
(3)单击NewReport按钮
(4)显示3个电流随时间变化的曲线图
2.依次选择菜单栏中的Maxwell2D→Results→CreateTransientReport→RectangularPlot命令,在弹出的Reports对话框中做如下设置:
(1)在Category中选择Winding
(2)在Quantity中选择InducedVoltage(Winding1)、InducedVoltage(Winding2)、InducedVoltage(Winding3)选项
(3)单击NewReport按钮
(4)显示输入电压随时间变化的曲线图
3.依次选择菜单栏中的Maxwell2D→Results→CreateTransientReport→RectangularStackedReport命令,在弹出的Reports对话框中做如下设置:
(1)在Category中选择Winding
(2)在Quantity中选择InputCurrent(Winding1)、InputCurrent(Winding2)、InputCurrent(Winding3)选项
(3)单击NewReport按钮
(4)显示3个电流随时间变化的曲线图
2.Maxwell3D:
根本瞬时源
(一)启动Workbench并保存
1.在windows系统下执行“开场〞→“所有程序〞→ANSYS15.0→Workbench15.0命令,启动ANSYSWorkbench15.0,进入主界面。
2.进入Workbench后,单击工具栏中的按钮,将文件保存名为“BE_Trans_Sources〞
(二)建立电磁分析
1.双击Workbench平台左侧的Toolbox→AnalysisSystems→Maxwell3D此时在ProjectSchematic中出现电磁分析流程图。
2.双击表A中的A2,进入Maxwell软件界面。
在Maxwell软件界面可以完成有限元分析的流程操作。
3.选择菜单栏中Maxwell3D→SolutionType命令,弹出SolutionType对话框,选择Transient,并单击OK按钮。
4.依次单击Modeler→Units选项,弹出SetModelUnits对话框,将单位设置成mm,并单击OK按钮。
(三)建立几何模型和设置材料
1.选择菜单栏中Draw→RegularPolyhedron命令,创立正多面体
在绝对坐标栏中输入:
X=0,Y=0,Z=0,并按Enter键;
在相对坐标栏中输入:
dX=2,dY=2,dZ=20,并按Enter键。
2.此时左上角会弹出SegmentNumber对话框
(1)NumberofSegments:
24
(2)单击OK按钮
3.单击几何实体,使其处于加亮状态,此时左侧会弹出属性对话框,在对话框中填入以下容:
(1)Name栏中将Value改成Core
(2)Material栏中将Value展开选择Edit,选择ferrite作为芯的材料
(3)其余保持默认值
4.选择菜单栏中Draw→RegularPolyhedron命令,创立正多面体
在绝对坐标栏中输入:
X=0,Y=0,Z=0,并按Enter键;
在相对坐标栏中输入:
dX=3,dY=3,dZ=20,并按Enter键。
5.此时左上角会弹出SegmentNumber对话框
(1)NumberofSegments:
24
(2)单击OK按钮
6.单击几何实体,使其处于加亮状态,此时左侧会弹出属性对话框
(1)Name栏中将Value改成Core
(2)Material栏中将Value展开选择Edit,选择copper作为线圈的材料
(3)其余保持默认值
7.选中所有几何并单击工具栏中的按钮,对几何进展减运算,此时弹出Subtract对话框
(1)在BlankParts中选中Coil实体
(2)在ToolParts中选中Core实体
(3):
Clonetoolobjectsbeforeoperation
(4)单击OK按钮
8.选中Coil几何,依次单击菜单中的Modeler→Surface→Section命令,在弹出的对话框中选择YZ并单击OK按钮,此时几何生成个截面,将结果表的名称为Terminal。
9.保持截面处于加亮状态,依次单击菜单中的Modeler→Boolean→SeparateBodies命令,此时截面被分开。
10.右击Terminal_Separate1命令,在弹出的快捷菜单中依次选择Edit→Delete命令。
(四)添加鼓励
1.选择菜单栏中Maxwell3D→DesignDatasets命令,弹出Datasets对话框,在对话框中选择Add,此时弹出AddDatasets对话框,在对话框中填入以下容:
•Name:
DSet_A
•Coordinates:
(1)X1=0Y1=0
(2)X2=250e-6Y2=1
(3)X3=750e-6Y3=-1s
(4)X4=1e-3Y4=0
•单击OK和Done按钮
2.选择菜单栏中Maxwell3D→Excitations→AddWinding命令,弹出Winding对话框,在对话框中填入以下容:
(1)Name:
Winding_A
(2)Type:
Voltage
(3)Stranded:
Checked
(4)InitialCurrent:
0A
(5)Resistance:
25ohm
(6)Inductance:
0H
(7)Voltage:
50+25*sin(2*PI*50*Time)+5*pwl_periodic(DSet_A,Time)
(8)单击OK按钮
3.在模型树种选中Terminal,依次单击菜单中的Maxwell3D→Excitations→Assign→CoilTerminal命令,弹出CurrentExcitation对话框,在对话框中填入以下容:
(1)Name:
CoilTerminal1
(2)NumberofConductors:
150
(3)单击OK按钮
4.在Projectmanager中展开Excitations,右击CoilTerminal1,在弹出的快捷菜单中选择AddtoWinding命令,此时会弹出AddtoWinding对话框,选择Winding_A,然后单击OK按钮。
(五)设置求解域
选择菜单栏中Draw→Region命令,在弹出的Region对话框中输入Value=500,并单击OK按钮。
(六)网格划分
1.选中Core几何,依次单击菜单栏中的Maxwell3D→MeshOperations→Assign→OnSelection→LengthBased命令,此时弹出ElementLengthBasedRefinement对话框,在对话框中填入以下容:
(1)Name:
Length1
(2):
RestrictLengthOfElements
(3):
RestricttheNumberofElements
(4)MaximumNumberofElements:
1000
(5)单击OK按钮
2.选中Coil几何,依次单击菜单栏中的Maxwell3D→MeshOperations→Assign→OnSelection→LengthBased命令,此时弹出ElementLengthBasedRefinement对话框,在对话框中填入以下容:
(1)Name:
Length2
(2):
RestrictLengthOfElements
(3):
RestricttheNumberofElements
(4)MaximumNumberofElements:
1000
(5)单击OK按钮
(七)求解计算
1.依次选择菜单栏中Maxwell3D→AnalysisSetup→AddSolutionSetup命令,此时弹出SolutionSetup对话框,在对话框中的StopTime栏中输入20ms,在TimeStep栏中输入100us,然后单击OK按钮。
2.依次选择菜单栏中的Maxwell3D→ValidationCheck命令,此时弹出的对话框中,如果全部项目都有说明前处理操作没有问题;如果有弹出,那么需要重新检查模型;如果有!
出现,那么不会影响计算。
3.依次选择Maxwell3D→AnalyzeAll命令,此时程序开场计算。
(八)图表显示〔Results〕
1.依次选择菜单栏中的Maxwell3D→Results→CreateTransientReport→RectangularPlot命令,在弹出的Reports对话框中做如下设置:
(1)在Category中选择Winding
(2)在Quantity中选择InputCurrent(Winding_A)选项
(3)单击NewReport按钮
(4)显示电流随时间变化的曲线图
2.依次选择菜单栏中的Maxwell3D→Results→CreateTransientReport→RectangularPlot命令,在弹出的Reports对话框中做如下设置:
(1)在Category中选择Winding
(2)在Quantity中选择InputVoltage(Winding_A)选项
(3)单击NewReport按钮
(4)显示输入电压随时间变化的曲线图
(九)设置外部鼓励电路
1.添加电路设计
(1)在Projectmanager中,选中“BE_Trans_Sources〞右击,单击Copy
(2)在Projectmanager中,选中项目名右击,单击Paste,并重命名为“BE_Trans_Circuit〞
2.修改Winding设置
在ProjectManager中展开Excitations,双击Winding_A,弹出Winding对话框,在对话框中设置:
(1)Name:
Winding_A
(2)Type:
External
(3)Stranded:
Checked
(4)InitialCurrent:
0A
(5)单击OK按钮
3.创立外部电路
(1)选择菜单栏中Maxwell3D→Excitations→ExternalCircuit→EditExternalCircuit命令,弹出EditExternalCircuit对话框,在对话框中选择EditCircuit,将启动MaxwellCircuitEditor窗口。
(2)点击ProjectManager下的Components子栏,右上角出现ComponentManager栏
(3)选择MaxwellCircuitElements→Sources→Vsin命令,将Vsin元件拖到绘图区域,按ESC键退出或右键Finish,双击组件以修改其属性,其中Va=100V,VFreq=50Hz
(4)再添加一个Vsin元件,设置Va=100V,VFreq=1000Hz
(5)放置电阻,选择MaxwellCircuitElements→PassiveElements→Res命令,将Res元件拖到绘图区域,按ESC键退出或右键Finish,将电阻值改为25欧。
(6)选择MaxwellCircuitElements→Probes→Voltmeter命令,将Voltmeter元件拖到绘图区域
(7)连接各元件:
Draw→Wire
(8)放置参考地:
Draw→Ground,连接Ground
(9)导出电路的网络连接表
选择菜单栏中File→Save,将文件保存为:
“WS5_BasicTransient_Circuit〞,
选择菜单栏中MaxwellCircuit→ExportNetlist命令,将文件保存为:
“WS5_BasicTransient_Circuit.sph〞。
4.在Maxwell3D下设置外部鼓励
返回Maxwell窗口,在EditExternalCircuit对话框,单击Cancel,然后单击ImportCircuit,导入“WS5_BasicTransient_Circuit.sph〞文件,单击OK按钮。
5.依次选择Maxwell3D→AnalyzeAll命令,此时程序开场计算。
(十)电压和电流图表显示〔Results〕
以前的设计仍将存在,但是电压图没有参考,因为输入电压没有被应用,而是从电路中接收到。
在Projectmanager中双击plot
(1)在Category中改变为NodeVoltage
(2)在Quantity中改变为NodeVoltage
(3)单击ApplyTrace按钮
(4)显示输入电压随时间变化的曲线图
3.Maxwell3D:
分析电机定子转子中的磁场和电流
计算如以下图所示电机转子中的磁场分布,线圈鼓励采用脉冲波形。
(一)启动Maxwell并建立电磁分析
1.在windows系统下执行“开场〞→“所有程序〞→ANSYS15.0→Workbench15.0命令,启动ANSYSWorkbench15.0,进入主界面。
2.进入Workbench后,单击工具栏中的按钮,将文件保存名为“rotationalactuator〞。
3.双击Workbench平台左侧的Toolbox→AnalysisSystems→Maxwell3D此时在ProjectSchematic中出现电磁分析流程图。
4.双击表A中的A2,进入Maxwell软件界面。
在Maxwell软件界面可以完成有限元分析的流程操作。
5.选择菜单栏中Maxwell3D→SolutionType命令,弹出SolutionType对话框
(1)Magnetic:
Transient
(2)单击OK按钮
6.依次单击Modeler→Units选项,弹出SetModelUnits对话框,将单位设置成mm,并单击OK按钮。
(二)建立几何模型
1.创立定子外磁路
(1)依次单击Draw→Cylinder命令
在绝对坐标栏中输入:
X=0,Y=0,Z=0,并按Enter键;
在相对坐标栏中输入:
dX=104.5,dY=0,dZ=25.4,并按Enter键
(2)单击几何实体,左侧弹出属性对话框,在对话框中填入以下容:
a.Name:
Outer_arm
b.Color:
red
c.其余保持默认值
(3)选中Outer_arm几何,CTRL+C,CTRL+V,得到第2个圆柱模型
a.Name:
Cylindertool
b.Radius:
83.1mm
c.其余保持默认值
(4)选中Outer_arm和Cylindertool,依次选择菜单栏中Modeler→Boolean→Subtract命令,对几何进展减运算,此时弹出Subtract对话框
a.在BlankParts中选中Outer_arm实体
b.在ToolParts中选中Cylindertool实体
c.单击OK按钮
2.创立定子上的两磁极
(1)依次单击Draw→Box命令,创立长方体
在绝对坐标栏中输入:
X=-13.9,Y=0,Z=0,并按Enter键
在相对坐标栏中输入:
dX=27.8,dY=-40,dZ=25.4,并按Enter键
(2)选中该Box几何体,选择菜单栏中Edit→Arrange→Move命令
在绝对坐标栏中输入:
X=0,Y=0,Z=0,并按Enter键
在相对坐标栏中输入:
dX=0,dY=-45,dZ=0,并按Enter键
(3)选择菜单栏中Edit→Duplicate→Mirror命令
在绝对坐标栏中输入:
X=0,Y=0,Z=0,并按Enter键
在相对坐标栏中输入:
dX=0,dY=
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