本教程演示如何使用Maxwell模擬開關變壓器工作參數。

高頻變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產生交流磁通，使次級線圈中感應出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。變壓器的磁芯包括罐型磁芯，RM型磁芯，E型磁芯，EC、ETD和EER型磁芯，PQ型磁芯，EP型磁芯，EP型磁芯，環形磁芯等磁芯。開關變壓器是其中用于開關電源電路用，起到切換變流用，相當于開關功能。

           

1 問題說明  

本教程只說明在開關變壓器工作于某個工作頻率，通過Maxwell確認變壓器鐵芯尺寸、材料、繞組參數等，通過場結果確認在工作頻率下是否滿足工作要求，例如變比、損耗、噪聲等參數。

所用計算開關變壓器模型如下圖所示，PQ型鐵芯，環型繞組和絕緣層組成；其中鐵芯尺寸長寬14mm*7mm，工作頻率為0.1MHz，通過Maxwell計算得到變壓器變比、電感 、損耗等參數、電場、磁場分布圖。最終仿真模型如下圖所示。

2 設置和解決方案  

2.1 啟動Ansys Electronics Desktop  

1.新建工程文件Project。

2.在主菜單Project下選擇Insert Maxwell 3D Design，插入新Maxwell設計模塊。

3.整個Project顯示界面。

2.2 設置模擬參數  

先根據計算的特點選擇求解器類型，開關變壓器一般選擇Eddy Current渦流求解器 。

1.通過打開主菜單Maxwell下Solution Type選擇。

2.3 生成模型  

按前文說明的，需要把變壓器鐵芯、繞組等建立出來。注意：如果需要查看變壓器周圍場圖結果，則需要把周圍建立出來，等效為空氣盒。

1.可用Maxwell自帶的CAD功能建立出仿真模型；也可以用其它CAD建好再通過主菜單Modeler下Import導入。

2.注意尺寸單位，軟件默認單位為mm。

3.最終分析所需的模型如下。

2.4 材料屬性  

對于本教程，您將用從軟件的材料庫中導入的1種材料使用，其它通過Copy庫里材料為模板生成新的材料。

1.先選中要分配的部件，通過RMB選擇Properties打開 Select Definition對話框。

a.選中某種材料作為模板。

b.點擊Clone Meterials。

c.最后以新增材料為選中組件。

d.點擊確認以關閉對話框。

材料添加到對應組件的示圖。

2.5 邊界條件設置  

對此例子，可按默認邊界，軟件會把與背景相接觸的模型外表面為狄里克萊邊界條件磁勢為0邊界，不需要做任何設置。也可以手動給定輻射邊界，等效無限空間。

1.設置理想輻射Radiation邊界條件。

a.先選中長方形空氣盒的外表面。

b.Boundaries右擊選擇Radiation Boundary。

c.設置默認然后點擊OK。

2.6 激勵設置  

該例子需要添加2個激勵，分別是變壓器的主副繞組。

1.設置主繞組電壓激勵

 a.在圖形區，先過濾選擇繞組下線圈截平面。

 b.Excitations右擊選擇Assign >>Coil Terminal。

 c.Nomber of Conductors：1。

 d.其它設置按默認。

2.添加繞組Winding激勵類型。

3.完成激勵設置后效果。

2.7 參數計算添加  

對于此例子，只需添加電感矩陣計算

1.添加參數計算

 a.在管理欄，Parameters右擊選擇Assign >>Matrix。

 b.勾選繞組激勵。

2.8 網格剖分

對于渦流求解器，一般用自適應網格剖分功能自動加密，不需要額外設置，對于此案例可能給鐵芯和繞組設定一定的網格規則，讓其初始網格更好。

1.給定鐵芯網格規則

 a.在圖形區，過濾后選擇繞組體對象。

b.在管理欄，Mesh右擊選擇Assign Mesh Operation>>Inside Selection。

 c.最大三角形邊長設為：1.065。

d.其它設置按默認。

2.9 求解計算

添加求解設置項，主要設置頻率、求解次數、收斂標準等。

wenz

1.定義Solve Setup。

a.其中求解頻率Frequency設為0.1MHz。

b.其中Maximum Nomber of Passes設為5。

c.其中Percent Error 設為1。

d.其它設置按默認。

在求解項設置完畢后，可以點擊計算了。

2.計算求解

a.求解項右擊Analyze開始計算求解。

b.通過Solutions對話框可查看計算收斂情況等信息。

           

3 計算結果  

使用工程管理欄中Results/Field Overlays查看各類結果。

1.Results右擊選擇Create EddyCurrent Report建立報告結果。

 a.變比、電感、Loss損耗等結果。

2.Field Overlays查看場結果。

 a.選擇變壓器仿真模型。

 b.Field Overlays>>Plot Fields，選擇E、H等。

通過Maxwell計算開關變壓器的工作頻率0.1MHz下的電流比值1:2，電感、損耗等結果也驗證此變壓器結構和繞組參數滿足設計要求。

文章來源：電磁時空