Maxwell線圈
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-04-23
Maxwell線圈的視頻教程
電磁線圈的仿真計(jì)算-Maxwell
本教程主要講解電流線圈（螺管式和拍合式）、電壓線圈的仿真計(jì)算。通過Maxwell（Ansys Electronics Desktop）仿真軟件，計(jì)算得到線圈產(chǎn)生的力值。 視頻實(shí)例主要講解案例的具體操作方法。
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Maxwell幾何建模實(shí)操—不同類型的線圈怎么建模
Maxwell幾何建模實(shí)操—不同類型的線圈怎么建模 適用人群：從事高低壓輸變電設(shè)備、電機(jī)、變壓器、電磁閥、傳感器、電子設(shè)備等相關(guān)行業(yè)工程師，具備一定的電路、電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)、已初步了解Ansys Maxwell軟件操作的人員。
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Maxwell中永磁體移動(dòng)線圈感應(yīng)電壓計(jì)算分析
線圈初始位置正對(duì)于磁體A，距磁體表面距離0.5mm，磁體整體做正弦運(yùn)動(dòng) 輸出線圈電壓U隨時(shí)間t的變化曲線及對(duì)應(yīng)Excel數(shù)據(jù)表。 線圈中性面磁通量隨時(shí)間t變化曲線及對(duì)應(yīng)Excel數(shù)據(jù)表。 2*pi*8*0.02*Sin(2*pi*8*time) Cos(2*pi*8*time)* 2*pi*8*0.02
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Maxwell線圈的實(shí)例教程
已知線圈的磁場(chǎng)能量與線圈電感 的關(guān)系為式(3)：
利用ANSYS Maxwell的場(chǎng)計(jì)算器求解線圈能量，選擇Maxwell 2D→Fields→Calculator，在輸入量Input中選擇求解量為能量Quantity→Energy，求解 空間為所有對(duì)象Geometry→All Objects，進(jìn)行積分 Scalar→Integral→RZ，選擇Output→Eval，即可得到總能量為1.8266E-006J，由式(3)可得到圖1(a)所示平面螺旋型線圈的電感值為3.653 2uH。這與從電感矩陣計(jì)算出的電感值是一致的。
第二種建模方式，是對(duì)線圈進(jìn)行簡化近似建模，在靜磁場(chǎng)求解器的RZ坐標(biāo)系中，畫一個(gè)矩形(長11.5mm， 高1mm)表示線圈2D模型，如圖3所示。為線圈添加一 個(gè)高度和寬度均為100 mm的求解區(qū)域Region。給矩形加載激勵(lì)電流1A，并設(shè)置求解電感矩陣值，Maxwell 2D→Parameters→Assign→Matrix，在彈出的窗口中勾 選加載在矩形截面上的激勵(lì)源，并在Post Processing選項(xiàng)卡中，設(shè)置矩形截面的導(dǎo)線匝數(shù)Turns為10。設(shè)置完畢后，對(duì)模型進(jìn)行分析求解。
在Maxwell 2D→Results→Solution Data窗口中查看求解結(jié)果，勾選Post Processed選項(xiàng)，得到線圈的電感值為3.645uH。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(shí)際應(yīng)用中可以采用一個(gè)矩形作對(duì)平面螺旋型線圈進(jìn)行建模。
展開 Maxwell中各種winding的互感結(jié)果到底是什么？（V:fwz0703）
1.自感結(jié)果
如圖所示，在Maxwell的eddy current中設(shè)置三個(gè)winding，然后添加parameters，后處理中很方便的能夠提取線圈繞組的電感，和互感等一系列和線圈相關(guān)的參數(shù)，結(jié)果如下所示：
可以看到線圈1，2，3的各自的自感數(shù)值，自感主要阻礙線圈中的電流變化速率的。具體參考上一篇文章，線圈里面的電流和電壓的關(guān)系為
2.互感結(jié)果
另外可以得到1-2，2-3，1-3之間的互感數(shù)值，也就是對(duì)應(yīng)的互感。互感M=M12=M21，它表示兩個(gè)線圈之間的磁耦合程度。當(dāng)線圈 1 中有電流變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的一部分磁通會(huì)穿過線圈 2，從而在線圈 2 中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈 2 中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U2與線圈 1 中電流的變化率di/dt之間的關(guān)系如下，從而根據(jù)互感就能得到另外一個(gè)線圈的電壓值。
U2=-M*(di/dt),
另外還有一個(gè)概念是互感系數(shù)：互感耦合系數(shù)（用K表示）是用來衡量兩個(gè)相互靠近的線圈之間磁耦合緊密程度的一個(gè)無量綱參數(shù)。它的定義是：
其中M是兩個(gè)線圈之間的互感，L1和L2分別是兩個(gè)線圈的自感。
3.互感系數(shù)的相互影響
如果有三個(gè)線圈，那么第1-3個(gè)線圈互感是否受到第2個(gè)線圈的影響？計(jì)算的時(shí)候如何設(shè)置第2個(gè)線圈？測(cè)試為準(zhǔn)，得到的結(jié)果如下圖所示：
結(jié)論如下：
線圈之間的互感是各自獨(dú)立計(jì)算的結(jié)果，中間線圈無關(guān)，但是周圍可能感應(yīng)電流的封閉導(dǎo)體有關(guān)。
展開 培訓(xùn)內(nèi)容：
第一天
★ ANSYS仿真產(chǎn)品體系及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
★ ANSYS電磁產(chǎn)品Maxwell 3D應(yīng)用與簡介
★ 案例：繞線電感仿真案例+demo
★ 案例：LTCC電感仿真演示和練習(xí)
★ 高頻變壓器電磁仿真方案介紹
★ 案例：高頻變壓器電磁仿真demo
第二天
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★ Maxwell高頻變壓器專用ETK工具使用練習(xí)（含PExprt介紹和練習(xí)）
★ PCB板繞組變壓器案例介紹和demo練習(xí)
★ ANSYS解決無線充電線圈方案介紹
★ 無線充電線圈仿真電感、耦合系數(shù)等demo
★ 答疑
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上課時(shí)間：2016年6月15日-16日（上午9點(diǎn)-12點(diǎn)，下午1點(diǎn)30-5點(diǎn)）
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展開 在Maxwell中如何實(shí)現(xiàn)？
圖2.5 加載數(shù)據(jù)集電流
3加載外部電路
該方法需要借助ANSYS Electromagneticssuite的其他軟件——ANSYS Maxwell Circuit Editor。如果用戶安裝的是ANSYS EM套件，那么該軟件是包含在其中的，在開始菜單所有程序下就可以找到。從軟件名字就可以知道它是用來設(shè)計(jì)一些電路的，用起來也比較簡單拖拽幾個(gè)模塊連線就可以了。這里簡單演示下怎么用Circuit Editor 編輯一個(gè)脈沖電路，并將脈沖電流文件導(dǎo)入到Maxwell模型中。如有問題可關(guān)注微信公眾號(hào)ANSYS有限元仿真聯(lián)系到作者。
打開外電路編輯軟件，主界面如下圖3.1。
圖3.1 CircuitEditor主界面
拖拽脈沖電流源，線圈，導(dǎo)線，接地單元組成下圖3.2所示電路。原件用紅色框已標(biāo)出。
圖3.2 脈沖電路
可以用鼠標(biāo)右擊脈沖電源選擇properties菜單進(jìn)入脈沖電流的參數(shù)設(shè)置窗口。如下圖3.3。查詢參數(shù)含義可以點(diǎn)擊info行的Ipulse按鈕，就會(huì)轉(zhuǎn)到help解釋頁面。
圖3.3 脈沖電流參數(shù)設(shè)置
然后更改線圈名稱如下圖3.4。注意外電路里的線圈名稱要與Maxwell里面的線圈名稱一致。這里都設(shè)置為Winding3。否則外電路里的線圈不能與Maxwell里的線圈聯(lián)系起來。
圖3.4 更改線圈名稱
電路設(shè)置完畢，下一步導(dǎo)出該脈沖電流文件。點(diǎn)擊Maxwell Circuit菜單，再點(diǎn)擊Export Netlist，導(dǎo)出為*.sph格式的文件。注：勿用中文的文件名，maxwell文件也是一樣。
下一步到Maxwell中去導(dǎo)入該外電路文件。導(dǎo)入操作路徑如下圖3.5。
圖3.5 導(dǎo)入外電路
然后進(jìn)入編輯外電路窗口圖3.6，點(diǎn)擊Import Circuit選擇剛剛保存的*.sph文件。
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Maxwell線圈的最新內(nèi)容
Maxwell中各種winding的互感結(jié)果到底是什么？（V:fwz0703）
1.自感結(jié)果
如圖所示，在Maxwell的eddy current中設(shè)置三個(gè)winding，然后添加parameters，后處理中很方便的能夠提取線圈繞組的電感，和互感等一系列和線圈相關(guān)的參數(shù)，結(jié)果如下所示：
可以看到線圈1，2，3的各自的自感數(shù)值
最后積分后的結(jié)果
后期，磁通量變化率為0之后，則感應(yīng)電壓不存在，剩余的為儲(chǔ)存的能量釋放，其公式為
其中I0為線圈當(dāng)前的初始電流
綜合以上的兩個(gè)公式，可以得到不同輸入?yún)?shù)下的電流值，通過仿真和公式方式得到的結(jié)果一致，如圖所示
綜合以上說明就可以得到Maxwell感應(yīng)線圈計(jì)算中的電感、電壓和電流的計(jì)算方法了
利用有限元軟件 Ansoft Maxwell對(duì)由線圈和銜鐵構(gòu)成的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到不同環(huán)境溫度下電磁鐵磁感應(yīng)強(qiáng)度分布及系統(tǒng)關(guān)鍵響應(yīng) 指標(biāo)，研究了閥啟閉過程的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。分析在額定工作狀態(tài)下環(huán)境溫度對(duì)電磁鐵磁場(chǎng)分布和響應(yīng)特性的影響，獲得不同環(huán)境溫度下的線圈電流、電磁力、銜鐵速度及位移的變化和響應(yīng)規(guī)律。
在上一節(jié)對(duì)不含隔磁片的線圈的仿真計(jì)算中，可看到利用ANSYS Maxwell軟件仿真得到線圈的電感值與實(shí)測(cè)結(jié)果誤差很小，故本節(jié)利用ANSYS Maxwell軟件仿真分析含隔磁片的平面螺旋型線圈的電感值。
在上一節(jié)線圈2D模型的基礎(chǔ)上，于線圈下方0.2 mm 處畫一個(gè)矩形(長25mm，寬1mm)作為隔磁片的模型， 所建立含隔磁片的線圈2D模型如圖5(a)所示。
如下圖
線圈繞組焦耳損耗分布
Maxwell計(jì)算線圈生熱導(dǎo)入Mechanical
然后進(jìn)行流體分析計(jì)算。本案例中的原始CAD模型只包含了固體區(qū)域，比如活門，彈簧，銜鐵，墊圈，頂桿等，做CFD仿真分析需要事先將流體域（通流域）抽出來，并設(shè)定相應(yīng)的邊界條件。
如下圖
線圈繞組焦耳損耗分布
Maxwell計(jì)算線圈生熱導(dǎo)入Mechanical
然后進(jìn)行流體分析計(jì)算。本案例中的原始CAD模型只包含了固體區(qū)域，比如活門，彈簧，銜鐵，墊圈，頂桿等，做CFD仿真分析需要事先將流體域（通流域）抽出來，并設(shè)定相應(yīng)的邊界條件。
線圈電感計(jì)算功能？
注意外電路里的線圈名稱要與Maxwell里面的線圈名稱一致。這里都設(shè)置為Winding3。否則外電路里的線圈不能與Maxwell里的線圈聯(lián)系起來。
圖3.4 更改線圈名稱
電路設(shè)置完畢，下一步導(dǎo)出該脈沖電流文件。點(diǎn)擊Maxwell Circuit菜單，再點(diǎn)擊Export Netlist，導(dǎo)出為*.sph格式的文件。注：勿用中文的文件名，maxwell文件也是一樣。
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