電流激勵的案例
ANSYS知識庫| Maxwell相關建模問題（九）
為了便于觀察，可以設置個比較大的電流。
加大電流激勵時的鐵心磁導率分布
★ 第二步：保存磁導率，加個比較小的電流：這個模型必須與原來的幾何模型一模一樣。保存磁導率的設置為：右擊setup：在彈出的如下對話框中，在Solver的標簽中〉Advanced Material option 〉permeability option〉From link 在彈出的對話框中，選中原始模型。
保存磁導率
★ 第三步：同樣的激勵下，保存磁導率與不保存磁導率的分析結果對比
小電流激勵下，保存磁導率的磁導率分布
小電流激勵下，不保存磁導率的磁導率分布
展開 ANSYS知識庫| Maxwell相關建模問題（四）
為了便于觀察，可以設置個比較大的電流。
加大電流激勵時的鐵心磁導率分布
★ 第二步：保存磁導率，加個比較小的電流：這個模型必須與原來的幾何模型一模一樣。保存磁導率的設置為：右擊setup：在彈出的如下對話框中，在Solver的標簽中〉Advanced Material option 〉permeability option〉From link 在彈出的對話框中，選中原始模型。
保存磁導率
★ 第三步：同樣的激勵下，保存磁導率與不保存磁導率的分析結果對比
小電流激勵下，保存磁導率的磁導率分布
小電流激勵下，不保存磁導率的磁導率分布
展開 材料電學和磁學性能測量分析
圖2(b)是四線法原理圖，圖中電壓表避開干路中的引線電阻，而用另外的引線加到被測電阻兩端，雖然又引入了2RLEAD的電阻，根據并聯電路規律，取樣電流很小，可以忽略不計，可認為VM與VR相等，測量電阻為(式略)四線法可以很準確地測出被測電阻值。在低溫測量系統中，導致測量誤差的因素很多，比如引線、接觸電阻、材料的熱效應和電路的電流泄漏等。一般在中低阻測量時，主要考慮引線電阻、接觸電阻和材料的熱效應引起的誤差，采用圖2(b)四線法電路可以消除引線電阻誤差，但是激勵電流很大，持續地加在樣品兩端，使樣品發熱，采用脈沖電流激勵方式可以將熱效應的影響降到最低，不僅如此，在測量薄膜樣品時，若在樣品與電極之間或者薄膜表面有缺陷，會影響測量的穩定性和精確性，采用脈沖激勵可以減少缺陷的影響[2];高值電阻測量時，引線電阻可以忽略，電流泄漏現象會影響測量的準確性，一般使用電壓源激勵，將圖2(a)虛線框中儀表換為電壓源測電流的方式。為材料的電學性能測量中電阻降溫(R-T)的程序流程圖，程序利用LabVIEW軟件開發，具有較好的人機交互界面[3-5]。測量開始前，在程序操作界面上，激勵源可以是電流源或者電壓源，激勵方式可以采用持續或者脈沖激勵，接線方式為二線法或者四線法，源值、量程大小、采集溫度范圍及其間隔可以根據需要進行設置。如果選擇脈沖激勵的方式，還需要設置源激勵時間。測量時，當程序監控系統的溫度達到設定值時，系統得到一個反饋信號，開始采集2400表的電壓或者電流值，計算出電阻，然后自動轉入下一個溫度點監視，所采集到的數據保存并在界面上實時顯示。材料的交流磁化率測量原理及程序設計利用互感法測量材料的交流磁化率的原理如圖4所示，用兩個相互感應的線圈，在初級線圈通入交流源，次級線圈產生感應電動勢，根據樣品放入次級線圈前后感應電動勢的改變計算出交流磁化率[6-7]。
展開 [轉載]關于Ansoft maxwell中電機鐵耗和渦流損耗計算的說明
對永磁體設置電導率，然后對每個永磁體分別施加零電流激勵源，在excitations/set eddy effect，對永磁體勾選。注意，若只考慮永磁體的渦流損耗，而不考慮電機其他部分（定轉子鐵心）的渦流損耗，則只需要給永磁體賦予電導率值，其他部件不需要賦電導率，這是初學者容易搞錯的地方。簡而言之，只對需要考慮渦流損耗的部件，施加電導率，零電流激勵和set eddy effect。后處理中，通過results/create transient reports/retangular report/solid loss查看渦流損耗隨時間變化曲線。最后，再次強調一下，做渦流損耗分析，需要skin depth based refinement網格剖分才行。
以上方法，適用于Ansoft maxwell 13.0.0及以上版本，并適用于所有電機種類。
展開 
Simdroid電磁分析
? 瞬態電場分析：用于計算任意時變電流或電壓作用下的電場分布，可以計算電勢V、電場強度E等場量，以及歐姆損耗等物理量，一般用于分析時變激勵下電力設備的耐壓特性等領域。
激勵與邊界條件
電磁分析支持多種激勵類型和邊界條件，其中激勵類型包括：電流密度、電流、電壓、線圈、繞組、永磁體、渦流選項、端部連接、運動、電路；邊界條件包括：磁力線平行、磁力線垂直、電力線平行、電力線垂直、懸浮電位、開放邊界、周期邊界、滑移界面。
求解場量與物理量
? 物理量：電磁力、力矩、電感、歐姆損耗、鐵芯損耗、磁鏈、電導、導納等；
? 場量：磁矢勢A、磁場強度H、磁感應強度B、電流密度J、電勢V、電場強度E、電磁力F等。
展開 MagNet在混合式步進電機中的應用
其中，3D靜態分析主要是針對定位力矩、矩角特性、靜力矩和繞組電流的關系、繞組電感和繞組電流的關系、繞組電感和轉子位置的關系等開展分析；3D瞬態分析,主要是針對動態起動過程，最大起動頻率等開展分析。
考慮到步進電機軸向磁通和齒數較多的情況，在CAE分析方面，存在以下幾個難點：
網格量大，收斂困難
目前一些電磁軟件在分析步進電機中都遇到困難，原因在于步進電機的結構，具有眾多小齒和曲面，會極大增加剖分的網格量；同時在進行瞬態運動分析時，氣隙重新劃分的網格量也非常巨大。
計算速度
步進電機的有限元仿真模型必須采用3D模型，故分析速度是必須考慮的因素。
此外，步進電機的電磁分析，受到控制方式的影響，目前主流的控制方式有以下幾種，CAE仿真分析中，必須能夠模擬這樣的電流激勵方式；同時脈沖激勵時間非常短，對時間步長的設置要求也很高。
3.案例介紹
針對某實際步進電機模型，進行了靜態分析和瞬態分析。其中瞬態分析可以直接分析靜態量。該模型采用了兩段式的結構，即包含兩個磁鋼，主要目的是為了提高輸出轉矩，如下圖所示：
瞬態分析主要針對空載情況，設置一個脈沖周期，電流激勵如下圖所示。此外，MagNet軟件可以自動針對模型進行網格自適應劃分，考慮到混合式步進電動機磁路高度非線性以及定轉子雙開槽的特點，為了提高仿真分析的精度，有必要對氣隙處設置最大單元網格尺寸，本案例中將氣隙網格尺寸設置為2mm。
瞬態分析的結果如下所示，通過CAE分析，可以得到混合式步進電機在不同的激勵下的轉矩，磁密云圖以及過飽和區域。該分析結果可以為步進電機的改進提供優化方向。
展開 讀者投稿｜純電動汽車動力電池管理系統五部曲之二：單體電池建模研究
圖2 不同單體電池模型對比
通用電池參數確定
參數確定采用三種不同的電流激勵，第一個是重復的放電脈沖工步直到電池放電結束，第二個是重復的 HPPC 脈沖工步直到電池放電結束，第三個是改進的 HPPC 脈沖工步，在單個工步中增加不同倍率電流激勵，重復該脈沖工步直到電池放電結束。
模型參數確認不能簡單的與辨識工況進行對比，還需要復雜的運行工況來驗證辨識參數的精度和可靠性。復雜的運行工況包括DST工況、NEDC工況和UDDS工況，使用這三種不同工況對比來驗證模型以及參數辨識的可靠性。
參數的確定方法：通常采用Simulink庫里的 Simscape 中對應的實際物理元件模塊，搭建真實硬件系統的仿真系統，類似與HIL（Hardware in loop），輸入信息為動力電池試驗電流，試驗電壓，SOC數據，同時每組輸入10℃、25℃、40℃三種不同溫度下的實驗數據，利用實驗電流控制電流源對電池模型進行充放電激勵，利用電壓傳感器采集電池模型的端電壓與電池實驗進行對比。
圖3 通用電池參數確定方法
通用電池參數的優化改進
如圖4是單個HPPC脈沖響應曲線。
展開 Maxwell中winding設置的電阻和電感到底是什么？——Maxwell技術1
在Maxwell的eddy current和transient分析中線圈可以設置為winding方式，這種簡化方式極大的方便了用戶的使用，而且后處理中很方便的能夠提取線圈繞組的電感，感應電壓，電流，功耗等一系列和線圈相關的參數
舉例：以簡單模型為例來說明其作用。兩個線圈，下方為500A*1圈的激勵電流，上方為感應線圈，計算相應的參數，采用winding輸入的參數如圖所示：
很多人問電流激勵比較簡單，直接輸入電流數值或者函數表達式就好，但是在電壓輸入的時候，下方的選項是什么意思，怎么表達
在說明選項之前先了解幾個基本結論：
1.磁場的產生是由電流產生的，不是電壓，而且產生是瞬時的，沒有任何的滯后性
2.變化的磁場在導體中產生電壓，不是電流，而電流是由于電壓導致的，所以電流由于電感和電阻的存在，其數值有滯后性，且數值不是U/R而是與L相關。
3.電壓產生的電流再產生磁場，雖然會抵消一部分激勵線圈產生的磁場，但是其數值只是相對于第三方導體有效，而自身的電壓是由磁通量的變化率Φ來確定的，而數值是來源于激勵線圈，和自身的磁場不相關。
展開 仿真技巧 | Ansys HFSS 3D Layout 端口設置（下）
Circuit端口是通過在Positive端和Negative端家電流作為激勵的，因此并不需要求解端口的電磁場。用戶需要確保Circuit端口的大小滿足電小尺寸要求，并考慮該電流激勵的位置是否合理。對于HFSS 3D Layout軟件而言，Circuit端口雖然足夠靈活，但是并非第一選擇，優先推薦的選擇是Edge端口和同軸端口。
文章來源于南京安世亞太 ，作者朱秀珍
求解技巧 | 永磁電機的電磁仿真常見問題
圖5
1) 添加0電流法
選中四個磁鋼面，添加0電流激勵。如圖6分別輸入電流的名稱，數值的大小以及導體的類型。
圖6
分別給4個磁鋼都施加0電流激勵，則最后如圖7所示。
圖7
點擊求解計算后，可以看到磁鋼的損耗為5.69W。
圖8
2) 直接選擇計算
如圖9所示，在“Excitations”下選擇“Set EddyEffects”在彈出框中選擇要計算的四塊磁鋼。
圖9
求解完畢后，磁鋼的渦流損耗如圖10所示。可以發現直接選擇計算磁鋼的渦流損耗與加載0電流情況下磁鋼的損耗數值很相近。所以二者取其一即可。
圖10
3) dq坐標下的數據結果
針對永磁電機的調速控制，通常喜歡將電機的所有數據變換成dq軸坐標系下的對應數據，建立一個同步旋轉的正交坐標系。電機所有交流變量都可以在這個坐標系中轉化為直流量并投影于d、q兩個軸上。對兩個軸上的分量的分別控制，就控制了這個變量，實現了這個變量的解耦控制。
Maxwell根據用戶的關心問題，開發了可以直接生成dq軸下的數據報告。方便電機設計人員的數據后處理，大大減小了電機設計的周期，提高了電機設計的效率。
當電機模型仿真計算完成后，直接右擊“Results”后，在彈出的“Create Transient Report”中選擇“Rectangular plot”，如圖11所示。而后在彈出的圖12中，“Domain”選擇“TransientD-Q”。
展開 電路分析中的ZT和DFT
這兩個極點對應的留數分別為
所以相鄰節點之間的電阻為：
2
DFT與ZT
到此為止，我們了解了在求解電阻網絡相鄰節點電阻的時候，利用離散傅里葉變換（DFT）的作用，并不是對于各節點信號進行頻譜分析，而是利用 DFT 描述了電阻網絡在節點電流激勵下 網絡節點電壓之間的關系。也就是把上面表達式（1-2-1）轉換成（1-2-2）。
COMSOL 中定義隨時間任意變化的電信號的方法
如果你要模擬隨時間任意變化的電信號，通常可以使用 COMSOL Multiphysics? 軟件中計算效率極高的電流接口，通過一個瞬態研究來計算系統的響應。雖然軟件中有多種不同的激勵選項，但我們通常會考慮外加電流信號或沿傳輸線傳播的電壓信號。讓我們來深入了解一下其中的原因。
本文，我們來探討一個之前的文章模擬射頻加熱的 5 種方法中使用過的示例：對插入充滿有損電介質材料樣品的金屬空腔中的同軸電纜進行頻域激勵。我們將使用相同的系統，在同軸電纜上施加各種類型的瞬態信號，并對使用電流物理場接口和電磁波，瞬態物理場接口計算的結果進行比較，主要是比較在計算材料內部的總損耗。比較這兩個接口的原因是，電磁波，瞬態接口求解的是麥克斯韋方程組的完整矢量形式，而電流接口求解的是麥克斯韋方程組的簡化近似值，即忽略磁場，僅求解標量電勢。為降低這些示例的計算成本，該模型將被簡化為二維軸對稱模擬平面，如下圖所示。
二維軸對稱模擬平面示意圖。
電流激勵
如下圖所示，我們首先通過指定一個隨時間變化的電流來激勵系統。信號最初為零，然后階躍上升到最大值并保持不變。我們可以對該階躍函數進行平滑處理，這將在后文中討論。系統開始時處于未激勵狀態，即最初各處的場均為零。鑒于這種初始條件和輸入信號，瞬態系統響應應該在足夠長的時間后接近一個非零穩態解，相當于系統的直流激勵。
施加信號通過一個階躍函數進行調制，該函數與模型維度不相關，函數值在 1 的時候從 0 躍升至 1。注意包含平滑的選項，目前處于禁用狀態。
我們首先使用電磁波，瞬態接口建立模型，因為該接口可以表征所有的電阻、電容和電感現象。該接口與之前使用的電磁波，頻域接口不同，它不包含阻抗邊界條件，因為該邊界條件只對頻域有意義。
展開 ANSYS Maxwell中邊界條件的應用
6 Insulating
6.1 邊界條件解釋
絕緣邊界條件，除電流無法穿過邊界以外，其他特性與Neumann邊界相同，適用于2個接觸導體之間完美絕緣的薄片。
6.2 案例驗證
本案例將會在Maxwell 3D靜磁場中說明Insulating邊界條件的特性。
首先，繪制如圖22所示的模型，其中右側金黃色空心棱柱為Box1，左上相鄰空心棱柱為Box2_1，二者材料為銅，左下方長方體為SmCo28，作為磁場源。在如圖23所示Box1的位置添加圖24所示的電流源激勵，并設置一個足夠收斂的setup。設置完成后求解，并查看Bow2_1截面處的電流密度分布，結果如圖25所示。
然后，復制該算例，在Box2_1的與Box1接觸的面上添加Insulating邊界條件，并求解和查看Box2_1截面的電流密度分布，結果如圖26所示。
最后，再復制第一個算例，在Box1的與Box2_1接觸的面上添加Insulating邊界條件，并求解和查看Box2_1截面的電流密度分布，結果如圖27所示。
展開 案例分享：某開關磁阻電機電磁計算
圖4 滑移邊界與運動區域設定
3）激勵設置
三相18-12開關磁阻電機的分相接線圖如下所示。
圖5 開關磁阻電機分相接線圖
根據開關磁阻電機的分析接線圖，設置電機模型中各個定子槽繞組的激勵相電流，如圖所示。
A相繞組線圈
B相繞組線圈
C相繞組線圈
圖6 三相繞組的分相示意
由于開關磁阻電機電流激勵的特殊性，建立不對稱橋式功率變換電路，如圖所示。
圖7 不對稱橋式變換電路
在不對稱橋式電路中，三相電流輪流給開關磁阻電機供電，換相周期需要根據電機的實際運行轉速確定，每相電流的空占比設定為1/3周期。本次仿真設置了電機轉速為1400rpm，因此換相周期為：
式中Nr為轉子凸極數，n為電機轉速。
5）網格剖分
電機網格剖分時，需要著重加密氣隙附近的網格，因此設置氣隙附近的網格剖分邊控制，用于加密氣隙網格。同時考慮電機1/3模型設置的對稱邊界，根據對稱邊界指定相應的周期邊界網格匹配，則剖分開關磁阻電機網格如圖所示。
圖8 電機模型網格剖分
電磁仿真分析結果
1） 磁感應強度云圖
查看開關磁阻電機的磁感應強度云圖，如圖所示分別為8.5ms、9ms和9.5ms時刻的磁感應強度云圖。從這三個時刻的磁感應強度云圖可知，磁感應強度主要集中在定、轉子的凸極上，且定、轉子凸極對應位置磁感應強度較大，這與磁阻最小原理相對應。但是，在定、轉子凸極對應位置可能存在局部磁飽和情況。
圖9 8.5ms時刻磁感應強度云圖
2）磁力線云圖
查看開關磁阻電機的磁力線云圖，如圖所示為9.5ms時刻的磁力線云圖。
圖13 9.5ms時刻磁力線云圖
3）轉矩曲線
查看開關磁阻電機的轉矩曲線，如圖所示。
展開 COMSOL與MATLAB聯合仿真+RBF神經網絡預測輸出
由于需要循環在不同的位置注入電流激勵并測量其余位置的電壓數據，COMSOL軟件操作繁瑣，可以與MATLAB聯合仿真，通過代碼循環輸出測量數據。
6. 通過MATLAB自動循環計算，可以很方便的得到所有需要的測量數據。
7. RBF 神經網絡是一種局部逼近前饋式神經網絡，其基本結構如圖1所示，由輸入層、隱含層和輸出層三層組成。其中，由輸入層到輸出層的變換是非線性的，而隱含層到輸出層的變換是線性的，能夠逼近任意的非線性函數，加快學習收斂速度和避免局部極小問題。
8. 在RBF神經網絡中，要學習的未知參數有三個：中心向量Cj，基寬向量B和權值向量Wk，其學習算法的整個流程圖如下：
9. 經過RBF神經網絡的訓練，輸入向量是測量得到的電壓數據，輸出預測是各個網格的電導率，訓練數據越多，訓練精度越高。
10. 預測結果如下，能很好的預測出橡膠棒所在的位置，紅色圈出來部分，即電阻抗發生變化的位置。
最后， 如果您有MATLAB有關的數值計算，神經網絡，進化算法，GUI界面，機器人控制，數據擬合相關需求或者擅長某一領域，都可以通過公眾號聯系我們~~
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