Maxwell瞬态场仿真实例.docx

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Maxwell瞬态场仿真实例

MAXWELL3D

BASICEXERCISES

1.静电场问题实例：

平板电容器电容计算仿真

平板电容器模型描述：

上下两极板尺寸：

25mm×25mm×2mm，材料：

pec（理想导体）

介质尺寸：

25mm×25mm×1mm，材料：

mica（云母介质）

激励：

电压源，上极板电压：

5V，下极板电压：

0V。

要求计算该电容器的电容值

1.建模（Model）

Project>InsertMaxwell3DDesign

File>Saveas>PlanarCap（工程命名为“PlanarCap”）

选择求解器类型：

Maxwell>SolutionType>Electric>Electrostatic

创建下极板六面体

Draw>Box（创建下极板六面体）

下极板起点：

（X,Y,Z）>（0,0,0）

坐标偏置：

（dX,dY,dZ）>（25,25,0）

坐标偏置：

（dX,dY,dZ）>（0,0,2）

将六面体重命名为DownPlate

AssignMaterial>pec（设置材料为理想导体perfectconductor）

创建上极板六面体

Draw>Box（创建下极板六面体）

上极板起点：

（X,Y,Z）>（0,0,3）

坐标偏置：

（dX,dY,dZ）>（25,25,0）

坐标偏置：

（dX,dY,dZ）>（0,0,2）

将六面体重命名为UpPlate

AssignMaterial>pec（设置材料为理想导体perfectconductor）

创建中间的介质六面体

Draw>Box（创建下极板六面体）

介质板起点：

（X,Y,Z）>（0,0,2）

坐标偏置：

（dX,dY,dZ）>（25,25,0）

坐标偏置：

（dX,dY,dZ）>（0,0,1）

将六面体重命名为medium

AssignMaterial>mica（设置材料为云母mica，也可以根据实际情况设置新材料）

创建计算区域（Region）

PaddingPercentage：

0%

忽略电场的边缘效应（fringingeffect）

电容器中电场分布的边缘效应

2.设置激励（AssignExcitation）

选中上极板UpPlate,

Maxwell3D>Excitations>Assign>Voltage>5V

选中下极板DownPlate,

Maxwell3D>Excitations>Assign>Voltage>0V

3.设置计算参数（AssignExecutiveParameter）

Maxwell3D>Parameters>Assign>Matrix>Voltage1,Voltage2

4.设置自适应计算参数（CreateAnalysisSetup）

Maxwell3D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup

最大迭代次数：

Maximumnumberofpasses>10

误差要求：

PercentError>1%

每次迭代加密剖分单元比例：

RefinementperPass>50%

5.Check&Run

6.查看结果

Maxwell3D>Reselts>Solutiondata>Matrix

电容值：

2.恒定电场问题实例：

导体中的电流仿真

恒定电场：

导体中，以恒定速度运动的电荷产生的电场称为恒定电场，或恒定电流场（DCconduction）

恒定电场的源：

（1）VoltageExcitation，导体不同面上的电压

（2）CurrentExcitations，施加在导体表面的电流

（3）Sink（汇），一种吸收电流的设置，确保每个导体流入的电流等于流出的电流。

只有在不使用VoltageExcitation时，才用Sink。

保证

DCconduction求解器：

不计算导体外的电场，计算时，不考虑材料的介电常数参数。

例：

绘出如下图所示导体结构中的电流流向图

1.建模（Model）

Project>InsertMaxwell3DDesign

File>Saveas>PlanarCap（工程命名为“DCConduction”）

选择求解器类型：

Maxwell>SolutionType>Electric>DCConduction

创建导体Conductor

Draw>Box

起点：

（X,Y,Z）>（1,,0）

坐标偏置：

（dX,dY,dZ）>（1,,）

将六面体重命名为Conductor

AssignMaterial>Copper（设置材料为铜）

创建另3个并列的导体

SelectConductor

Edit>Duplicate>AlongLine（沿线复制）

输入line矢量的第1个点：

（0，0，0）

输入line矢量的第2个点：

（0，，0）

输入复制总数：

4（包括原导体）

创建导体Conductor_4

Draw>Box

起点：

（X,Y,Z）>（,-1,0）

坐标偏置：

（dX,dY,dZ）>（,,）

将六面体重命名为Conductor_4

AssignMaterial>Copper（设置材料为铜）

创建导体Conductor_5

Draw>Box

起点：

（X,Y,Z）>（,,0）

坐标偏置：

（dX,dY,dZ）>（,,）

将六面体重命名为Conductor_5

AssignMaterial>Copper（设置材料为铜）

创建导体Conductor_6

SelectConductor_5

Edit>Duplicate>Mirror（镜像复制）

输入对称镜像平面法向量在平面中的第1点坐标：

（0，0，0）

输入对称镜像平面法向量在平面外的第2点坐标：

（0，1，0）

上述设置表示镜像平面为XOZ平面

将六面体重命名为Conductor_6

创建导体Conductor_7

Draw>Box

起点：

（X,Y,Z）>（，，0）

坐标偏置：

（dX,dY,dZ）>（,,）

将六面体重命名为Conductor_sink

AssignMaterial>Copper（设置材料为铜）

创建计算区域（Region）

PaddingPercentage：

10%

2.设置激励（AssignExcitation）

按f，将体选择改为面选择

设置电流注入源

选中如下图所示6个面

Maxwell3D>Excitations>Assign>Current>1A

Maxwell在上述6个面上产生6个输入电流激励源

设置电流汇（CurrentSink）

选中Current_sink导体的下列2侧面

Maxwell3D>Excitations>Assign>Sink

3.设置剖分操作（AssignMeshOperations）

选中所有物体，Ctrl+A

Maxwell3D>Meshoperations>Assign>InsideSelection>LengthBased

不选Restrictlengthofelements

选中Restrictthenumberofelements

输入maximumnumberofelements：

10000（设置剖分单元的最大数量）

4.设置自适应计算参数（CreateAnalysisSetup）

Maxwell3D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup

Default

5.Check&Run

6.后处理

绘出导体中的电流流向图

选中所有导体

Maxwell3D>Fields>Fields>J>J_Vector

调节矢量箭头尺寸

3.恒定磁场问题实例：

恒定磁场力矩计算

计算如下图所示永磁体模块在线圈磁场中所受力矩。

1.建模（Model）

Project>InsertMaxwell3DDesign

File>Saveas>Magnetostatic（工程命名为“Magnetostatic”）

选择求解器类型：

Maxwell>SolutionType>Electric>Magnetostatic

创建线圈

Draw>RegularPolygon（创建线圈横截面）

中心点坐标：

（X,Y,Z）>（0,5,0）

设置截面半径：

（dX,dY,dZ）>（,0,0）

截面多边形边数：

NumberofSegments:

12

将多边形重命名为Coil

选中Coil

Draw>Sweep>AroundAxis（设置如下）

AssignMaterial>copper（设置材料为铜）

创建永磁体模型

Draw>Box（创建下极板六面体）

起点：

（X,Y,Z）>（-3,,）

坐标偏置：

（dX,dY,dZ）>（6,1,1）

将六面体重命名为Magnet

AssignMaterial>NdFe35（设置材料为NdFe35铷铁硼材料）

设置磁体的磁化方向（X,Y,Z）>（1,0,0）（磁体沿x轴正方向磁化）

创建激励电流加载面（CreateSection）

SelectCoil

Modeler>Surface>Section

Modeler>Boolean>SeparateBodies（分离两Section面）

删除1个截面

Select1个截面，Del

将剩下的1个截面重命名为“Section1”

旋转线圈和激励电流加载面

选中Coil和Section1

创建计算区域（Region）

Draw>Region

PaddingPercentage：

100%

2.设置激励（AssignExcitation）

选中线圈截面：

Section1

Maxwell3D>Excitations>Assign>Current

Name:

Current1

Value:

100

Type:

Stranded

3.设置计算参数（AssignExecutiveParameter）

选中Magnet

Maxwell3D>Parameters>Assign>Torque

Name:

Torque1

Type:

Virtual

Axis:

Global:

:

Z,Positive

4.设置自适应计算参数（CreateAnalysisSetup）

Maxwell3D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup

最大迭代次数：

Maximumnumberofpasses：

15

误差要求：

PercentError:

1%

每次迭代加密剖分单元比例：

RefinementperPass:

30%

5.Check&Run

6.查看结果

Maxwell3D>Reselts>Solutiondata>Torque

力矩：

（N·m）

XOY平面磁场强度幅值分布图

XOY平面磁场强度方向矢量图

4.参数扫描问题实例：

恒定磁场力矩计算

计算如下图所示铁块所受线圈磁场的作用力。

要求对线圈中的电流和铁块的高度做参数扫描，计算不同设置值时，作用力的大小。

1.建模（Model）

Project>InsertMaxwell3DDesign

File>Saveas>Parametric（工程命名为“Parametric”）

选择求解器类型：

Maxwell>SolutionType>Magnetostatic

创建线圈

Draw>RegularPolyhedron（创建多边形柱体1）

CenterPosition（中心点坐标）：

（X,Y,Z）>（0,0,0）mm

StartPosition（起点坐标）：

（X,Y,Z）>（,0,0）mm

Axis（对称轴）：

Z

Height（柱体高度）：

0.8mm

多边形边数：

NumberofSegments:

36

将多边形重命名为Polyhedron1

选中Polyhedron1（创建多边形柱体2）

CTRL_C，CTRL_V

修改相关设置

CenterPosition（中心点坐标）：

（X,Y,Z）>（0,0,0）mm

StartPosition（起点坐标）：

（X,Y,Z）>（1,0,0）mm

Axis（对称轴）：

Z

Height（柱体高度）：

0.8mm

多边形边数：

NumberofSegments:

36

将多边形重命名为Polyhedron2

创建线圈

选中Polyhedron1，Polyhedron2

Modeler>Boolean>Subtract

BlankPark:

Polyhedron1

ToolPark:

Polyhedron2

将Polyhedron1重命名为Coil

AssignMaterial>copper（设置材料为铜）

创建铁块模型

Draw>Box

任意创建一个6面体

尺寸参数设置如下：

注意：

ZSize参数的值为：

“SlugHeight”

将六面体重命名为Slug

AssignMaterial>iron（设置材料为iron）

创建计算区域（Region）

Draw>Region

PaddingPercentage：

200%

创建激励电流加载面（CreateSection）

SelectCoil

Modeler>Surface>Section

SectionPlane:

YZ平面

Modeler>Boolean>SeparateBodies（分离两Section面）

删除1个截面

Select1个截面，Del

将剩下的1个截面重命名为“Section1”

2.设置激励（AssignExcitation）

选中线圈截面：

Section1

Maxwell3D>Excitations>Assign>Current

Value:

AmpTurns

Type:

Stranded（线形激励电流）

3.设置计算参数（AssignExecutiveParameter）

选中Slug

Maxwell3D>Parameters>Assign>Force

Name:

Force1

Type:

Virtual

4.设置自适应计算参数（CreateAnalysisSetup）

Maxwell3D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup

最大迭代次数：

Maximumnumberofpasses：

5

误差要求：

PercentError:

1%

每次迭代加密剖分单元比例：

RefinementperPass:

30%

5.创建参数扫描设置

Maxwell3D>OptimetricsAnalysis>AddParametric

点击Add，创建扫描参数

variable选择：

SlugHeight

linearstep

Start=1,Stop=2,Step=

点击Add>>按键

将SlugHeight的扫描设置添加到右边空白栏

variable选择：

AmpTurns（设置安匝数的扫描）

linearstep

Start=100,Stop=200,Step=50

点击Add>>按键

将AmpTurns的扫描设置添加到右边空白栏

点击OK.

点击Calculations子菜单

点击SetupCalculations

点击AddCalculations

Setup1出现在SetupSweepAnalysis菜单中

点击Done

在Options子菜单中

选中如下设置

“SaveFieldandMesh”:

在每一步参数扫描计算后，保存相应的计算场量和剖分信息，一般，系统为节约内存，默认不保存。

“Copygeometricallyequivalentmeshes”在下次计算中，可重复使用上次计算时未变形的模块的剖分数据。

一般来说，频率扫描时，不推荐使用该选项，因为Ansoft的剖分算法是与频率相关的。

5.Check

6.计算

在ProjectManager窗口

Optimetrics

右键点击ParametricSetup1

选择Analyze

7.查看结果

右键点击ParametricSetup1

选择ViewAnalysisResult

在ProjectManager窗口

右键点击CreateReport

设置参数如下：

点击NewReport

5.恒定磁场实例：

三相变压器电感计算

计算如下图所示变压器绕组的电感。

（学习半对称模型的使用half-symmetry）

1.建模（Model）

Project>InsertMaxwell3DDesign

File>Saveas>Inductance（工程命名为“Inductance”）

选择求解器类型：

Maxwell>SolutionType>Magnetostatic

改变作图单位Modeler>Units>SelectUnits:

in（inches）

创建变压器铁芯框架

Draw>Box

Position：

（-1,-6,0）

Box尺寸：

（XSize,YSize,ZSize）>（2,12,10）

Draw>Box

Position：

（-1,1,2）

Box尺寸：

（XSize,YSize,ZSize）>（2,3,6）

选中Box2

Edit>Duplicate>AroundAxis

Axis:

Z

Angle:

180deg

Totalnumber:

2

选中Box1，Box2，Box2_1

Modeler>Boolean>Subtract

BlankParts:

Box1

ToolParts:

Box2，Box2_1

不要选：

“Clonetoolobjectsbeforesubtracting”

Draw>Box（创建Gap）

选中Box1，Box3

Modeler>Boolean>Subtract

BlankParts:

Box1

ToolParts:

Box3

不要选：

“Clonetoolobjectsbeforesubtracting”

选中Box1

Modeler>Boolean>SeparateBodies

将分离后的模型分别重命名为：

“Core_E”（原Box1）和“Core_I”

将两者的材料重设为：

“steel_1008”

创建线圈

Modeler>GridPlane>YZ

Draw>Rectangle

设置如下：

Modeler>GridPlane>XY

Draw>Rectangle

设置如下：

选中Rectangle2

Modeler>DeleteLastOperation（形成Rectangle1围绕的轨迹）

选中Rectangle1，Rectangle2

Draw>Sweep>AlongPath

Angleoftwist:

0deg

DraftAngle:

0deg

Drafttype:

Round

选中Rectangle1

Edit>Duplicate>AlongLine

（X,Y,Z）>（0,0,0）

（dX,dY,dZ）>（0,0,）

TotalNumber:

3

选中Rectangle1,Rectangle1_1,Rectangle1_2

Edit>Duplicate>AlongLine

（X,Y,Z）>（0,0,0）

（dX,dY,dZ）>（0,5,0）

TotalNumber:

3

将Rectangle1,Rectangle1_1和Rectangle1_2重命名为：

Coil_left,Coil_left_1,Coil_left_2

将中间柱上线圈重命名为：

Coil_mid,Coil_mid_1,Coil_mid_2

将右边柱上线圈重命名为：

Coil_right,Coil_right_1,Coil_right_2

将所有Coil的材料改为Copper

创建激励电流加载面（CreateSection）

选中所有线圈

Modeler>Surface>Section

选中YZ平面

Modeler>Boolean>SeparateBodies

Edit>Delete（删除多余的面）

将左边柱上的截面重命名为：

Section1,Section2,Section3

将中间柱上的截面命名为：

Section4,Section5,Section6

将右边柱上的截面命名为：

Section7,Section8,Section9

创建计算区域（Region）

Draw>Region

2.设置激励（AssignExcitation）

选中左边柱上线圈截面：

Section1,Section2,Section3

Maxwell3D>Excitations>Assign>Current

Name:

PhaseA

Value:

*Mag

Type:

Stranded

确认，弹出AddVariable窗口

Variable：

Mag>Value:

30A

选中中间柱上线圈截面：

Section4,Section5,Section6

Maxwell3D>Excitations>Assign>Current

Name:

PhaseB

Value:

Mag

Type:

Stranded

选中右边柱上线圈截面：

Section7,Section8,Section9

Maxwell3D>Excitations>Assign>Current

Name:

PhaseC

Value:

*Mag

Type:

Stranded

3.设置自适应计算参数（CreateAnalysisSetup）

Maxwell3D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup

最大迭代次数：

Maximumnumberofpasses：

10

误差要求：

PercentError:

1%

每次迭代加密剖分单元比例