線圈建模
關注創(chuàng)建者：我是小能 創(chuàng)建時間：2022-09-06
線圈建模的視頻教程
HFSS-射頻（天線）電感線圈仿真-阻抗Z、諧振頻率F、品質因數(shù)Q提取
線圈快速建模方法、邊界、端口激勵設置方法 2. 通過excel理論計算線圈參數(shù) 3. 線圈自諧振仿真 4. 線圈并聯(lián)集總電容，仿真LC并聯(lián)諧振狀態(tài) 5. 線圈串聯(lián)集總電容，仿真LC串聯(lián)諧振狀態(tài) 6. 自諧振頻率F、阻抗Z、品質因數(shù)Q仿真及提取方法 7. 線圈等效電抗（電感、電容）、電阻的提取 8. 電場磁場云圖的提取
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線圈建模的實例教程
關于使用 AC/DC 模塊進行線圈建模的總結性思考
我們以介紹電流閉環(huán)的概念開始，研究線圈的建模。如果你正在為一個線圈建模，或者確實在做幾乎任何與電流和由此產生的磁場有關的建模工作，那么你應始終需要記住這個概念。
本文來自:COMSOL博客
從而得出初步結論：仿真結果出錯的原因可能是低壓繞組型式設置問題導致的，即應該將箔式繞組設置成solid模式，不能按匝線圈（strand）設置。
為了驗證我們的分析判斷，決定建立一個低壓按層每匝建模的模型，進行仿真驗證。
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改進后模型的建立及仿真結果
通過對問題分析后，重新建立了變壓器的三維模型。新模型低壓繞組采用分層設置，每層為一個單匝的線圈，低壓繞組1、2變?yōu)槎鄠€單匝線圈串聯(lián)組成。修改后建立的仿真模型圖如下：
圖2 兩個箔繞低壓繞組按solid線圈建模模型局部放大圖
再次用MagNet軟件進行仿真，仿真結果如下：
圖3 兩個箔繞低壓繞組按solid線圈建模全穿越磁場圖
圖4 兩個箔繞低壓繞組按solid線圈建模低壓1開路，低壓2短路時磁場圖
全穿越阻抗時仿真與實測值對比如下：
半穿越阻抗時仿真與實測值對比如下：
對低壓箔式繞組采用solid模式每匝建一個線圈后，軟件的仿真結果與實測值非常接近，證明了我們對問題的分析判斷是正確的，同時也證明了MagNet軟件在電磁場仿真方面的可靠性。
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結論
1、在采用箔式繞組的分裂變壓器進行阻抗仿真時，如果沒有對箔式繞組進行分層建模和采用solid繞組模式，在進行全穿越阻抗計算時精度會降低，但仿真計算結果與實測值比較接近，需要快速仿真時可以采用。
2、對于雙繞組的箔繞變壓器在進行阻抗仿真計算時對箔式繞組進行不分層建模也是可行的，即采用匝線圈（stranded）設置，仿真結果可以滿足工程計算的需要。
展開 建模步驟
1.在上視基準面上畫樣條曲線。
鏡像兩側
2.曲面拉伸。
3.在前視基準面上畫一條豎線。（曲面掃描的路徑）
4.在右視基準面上畫一條水平線。（曲面掃描的輪廓）
5.曲面掃描——沿路徑扭轉——旋轉：20圈。
6.進入3D草繪，交叉曲線——旋轉圖中的的藍色面。
7.刪除保留實體，兩個曲面。
就剩3D草圖了
8.在右視基準面畫圓，圓心與3D草圖穿透。（按住Ctrl鍵點圓心和3D草圖）
9.掃描。
10.再畫一個3D草圖。
頂部是一段樣條曲線
11.在藍色端面上草繪，轉換實體引用圓。
12.掃描。圓為輪廓，3D草圖為路徑。
13.抽殼，厚度0.1或0.05 。
這個示例問題演示了三種方法來模擬管內的多線線圈。每個模型使用不同的接觸場景：面-面、梁-面或梁-梁。比較表明，使用梁-梁接觸的梁模型在簡化建模和減少計算時間方面具有最佳優(yōu)勢。
重點介紹了以下特性和功能：
• 通過CONTA177單元建模的梁-梁和梁-面接觸
• 橫梁之間的內部接觸
介紹和問題描述
多線線圈和多股電纜主要用于醫(yī)療設備和汽車行業(yè)。一個例子是植入式導線，它可能是心臟除顫器等醫(yī)療設備的一部分。
通常進行彎曲分析以模擬電纜和線束，以模擬線圈線或電纜股水平的實際物理行為。使用實體單元分析這些類型的結構在計算上可能很昂貴。另一方面，具有梁-梁接觸的梁模型提供簡化建模的快速準確的解。
對可植入導線模型進行彎曲分析。該結構由聚合物管殼內的五線金屬線圈組成。管長3.45 mm，外徑0.43 mm，內徑0.36 mm。線圈導線的半徑為0.05 mm，導線之間的初始間隙為0.0125 mm。
在每個模型中定義了兩個接觸對：一個用于線圈的線-線接觸的自接觸對，以及線圈和管之間的一個接觸對。要應用彎曲邊界條件，管和線圈的一端固定，另一端繞Y軸旋轉1.2弧度。
創(chuàng)建了三種不同的模型：
1. 實心管和實心線圈
2. 實心管和梁線圈
3. 束管和束線圈
使用的具體單元類型和接觸模型如下：
三種類型的網(wǎng)格如下：
建模
建模五絲線圈
線圈的半徑為0.3mm，導線的半徑為0.05mm，導線之間的初始間隙為0.0125mm。
情況1：創(chuàng)建了五層實心螺旋線圈，并用SOLID186單元劃分網(wǎng)格；見下圖（a）。
情況2和情況3：創(chuàng)建螺旋線圈的線模型，并用BEAM189單元劃分網(wǎng)格；見下圖（b）。
展開 二、不含隔磁片的平面螺旋型線圈
本節(jié)將在ANSYS Maxwell的Magnetostatic靜磁場求解器的RZ軸對稱坐標系中，建立圖1(a)中不含隔磁片的平面螺旋型線圈的2D和3D模型。為了對比結果，2D和3D模型應設置相同大小的求解區(qū)域。
（一）不含隔磁片的平面螺旋型線圈2D模型
本節(jié)將對線圈采用兩種建模方式。第一種采用導線的圓截面對線圈進行建模，第二種將線圈截面用一個矩形進行近似建模，現(xiàn)在對比兩種建模方法的結果。
第一種建模方式，每一匝導線用一個半徑為0.5mm、 材料為銅的圓形表示，匝間距為0.15mm，建立好的模型如圖2所示。為線圈添加一個高度和寬度均為100mm的求解區(qū)域Region。給每一匝線圈加載激勵電流1A，并設置求解電感矩陣值，Maxwell 2D→Parameters→Assign→Matrix，在彈出的窗口中勾選加載在10個圓截面上的激勵源。設置完畢后，對模型進行分析求解。
在Maxwell 2D→Results→Solution Data窗口中查看求解結果，以10匝導線的圓截面對平面螺旋線圈進行建模，得到的電感矩陣為一個10×10的電感矩陣，主對角線元素為每匝導線的自感，其他非主對角線元素為各匝導線之間的互感。由于線圈電感L即為每匝導線的自感Li與各匝導線之間互感Mij之和，得出式(2)：
式(2)中，Li為線圈的自感，Mij為第i匝導線與第j匝導線之間的互感。將ANSYS計算的電感矩陣數(shù)據(jù)導入Matlab中，根據(jù)式(2)計算得到的線圈電感值為3.653 2uH。
此外，利用ANSYS Maxwell軟件可以求出整個求解區(qū)域的能量，再通過線圈電感與線圈總能量的關系求出線圈的電感值。
展開 
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以單個線圈為單位進行建模和分析，通用性強，分析計算時詳細考慮以下內容的影響，即任意繞組連接（包括并聯(lián)支路、對稱或不對稱連接）、均壓線連接、鐵心飽和、斜槽、斜極、靜態(tài)偏心、動態(tài)偏心、定子鐵心內圓橢形、定子齒內圓不同圓、轉子齒外圓不同圓、齒上開輔助槽、槽沿圓周不均勻分布、轉子鼠籠斷條、空槽等。
在本研究中，線圈被建模為多孔區(qū)域，并應用滑動網(wǎng)格方法來計算Actran氣動聲學模擬所需的非定常CFD結果。旋轉域（風扇）的旋轉頻率為1118RPM。例子中的時間步長為0.0005s。此次模擬，0.8秒的總時間確保所求最小頻率遠小于37.2Hz（葉片通過頻率）。
在本研究中，線圈被建模為多孔區(qū)域，并應用滑動網(wǎng)格方法來計算Actran氣動聲學模擬所需的非定常CFD結果。旋轉域（風扇）的旋轉頻率為1118RPM。例子中的時間步長為0.0005s。此次模擬，0.8秒的總時間確保所求最小頻率遠小于37.2Hz（葉片通過頻率）。
在本研究中，線圈被建模為多孔區(qū)域，并應用滑動網(wǎng)格方法來計算Actran氣動聲學模擬所需的非定常CFD結果。旋轉域（風扇）的旋轉頻率為1118RPM。例子中的時間步長為0.0005s。此次模擬，0.8秒的總時間確保所求最小頻率遠小于37.2Hz（葉片通過頻率）。
由此可見，采用兩種建模方式得到的線圈電感值只相差0.0082uH，說明在實際應用中可以采用一個矩形作對平面螺旋型線圈進行建模。
束管和束線圈
使用的具體單元類型和接觸模型如下：
三種類型的網(wǎng)格如下：
建模
建模五絲線圈
線圈的半徑為0.3mm，導線的半徑為0.05mm，導線之間的初始間隙為0.0125mm。
情況1：創(chuàng)建了五層實心螺旋線圈，并用SOLID186單元劃分網(wǎng)格；見下圖（a）。
為了對線圈進行建模，我們使用 COMSOL 軟件內置的 3D 磁場 接口，該接口在 AC/DC 模塊中可用。這個例子中，線圈由 10 匝導線組成，有 0.25 mA 的電流通過。
亥姆霍茲線圈教程模型的幾何結構。
從下圖中，我們可以看到兩個線圈之間的磁通密度。請注意，紅色箭頭表示磁場的強度和方向。結果表明，兩個線圈中心的磁通密度大多均勻，線圈邊緣附近的磁場不均勻。
在二維平面中對細長線圈進行建模的兩種不同方法。沿正負平面外方向（灰色箭頭）流動的電流沿線圈或對稱邊界條件流動。
關于使用 AC/DC 模塊進行線圈建模的總結性思考
我們以介紹電流閉環(huán)的概念開始，研究線圈的建模。如果你正在為一個線圈建模，或者確實在做幾乎任何與電流和由此產生的磁場有關的建模工作，那么你應始終需要記住這個概念。
本文來自:COMSOL博客
圖為Ansys RaptorH對硅上射頻線圈進行詳細建模以高度精確地模擬電磁相互作用的示例
Realtek副總裁黃依瑋（Yee-Wei Huang）表示：“RaptorH提供了高度直觀的圖形用戶界面和簡化的設置，無需對布局或代工廠技術文件進行任何手動修改即可執(zhí)行電磁耦合分析。
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