Maxwell瞬態(tài)
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-04-23
Maxwell瞬態(tài)的視頻教程
Ansys Maxwell 瞬態(tài)Band設(shè)置視頻教程
對Ansys Maxwell 瞬態(tài)Band設(shè)置進(jìn)行整理總結(jié)，講述Band設(shè)置的方法、要點。
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Maxwell瞬態(tài)的實例教程
一、電磁分析及優(yōu)化設(shè)計
ANSYS Maxwell的靜態(tài)或者瞬態(tài)求解器可以完成作動器二維和三維電磁場分析。通常情況下，在靜態(tài)仿真中把線圈的形狀、匝數(shù)和線徑以及幾何尺寸等參數(shù)設(shè)為參數(shù)化變量，改變線圈電流和銜鐵位置而輸出一組反映力和位置的曲線。由于Maxwell使用了自動自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)，變量的參數(shù)化/優(yōu)化掃描變得非常的容易。
除了靜態(tài)方法以外，使用Maxwell瞬態(tài)求解器，可以仿真在考慮了電氣控制和機械負(fù)載的條件下，銜鐵到達(dá)閉合位置的速度問題。例如：外加激勵電壓源為任意波形（或者使用Maxwell自帶的circuit editor工具），同時考慮材料的非線性，考慮機械的運動方程（包含了阻尼、負(fù)載力，而且它們都可以是關(guān)于位置、速度或者時間的函數(shù)），考慮電渦流和磁擴散，其仿真結(jié)果如下圖所示。
圖：采用Maxwell自帶的外電路編輯器實現(xiàn)斬波電流激勵瞬態(tài)仿真結(jié)果：位置波形、線圈電流和二極管電流波形
圖：基于瞬態(tài)電磁分析優(yōu)選滿足負(fù)載力要求的設(shè)計方案
圖：基于瞬態(tài)電磁分析優(yōu)選滿足閉合時間要求的設(shè)計方案
二、電磁、熱耦合分析
Maxwell瞬態(tài)電磁場仿真分析得到的線圈和鐵芯損耗，可通過ANSYS Workbench環(huán)境映射到ANSYS Mechanical或者ANSYS CFD（計算流體動力學(xué)）軟件Fluent中做熱分析。
展開 培訓(xùn)內(nèi)容：
1、Ansys Maxwell瞬態(tài)場仿真基本流程；
2、Ansys Maxwell瞬態(tài)場網(wǎng)格劃分介紹；
3、帶外電路的瞬態(tài)場仿真；
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展開 模型如圖所示
1.瞬態(tài)運動分析
動作器在線圈通電狀態(tài)下，其周圍產(chǎn)生磁場，將上方的銜鐵吸合，其設(shè)在采用瞬態(tài)方法，計算在短時間時間內(nèi)的運動狀態(tài)，本例計算了1ms的時間，電流采用1000*4A，銜鐵考慮了其重量和轉(zhuǎn)動慣量的影響，轉(zhuǎn)動慣量可以將模型導(dǎo)入到ansys結(jié)構(gòu)分析中，查看在對應(yīng)坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)動慣量，分析結(jié)果如圖所示
分析結(jié)果顯示銜鐵在0.95ms左右閉合，速度逐漸增大，另外銜鐵受到的扭矩可以看到隨著閉合其受力顯著增大
2.靜態(tài)磁場分析
取值閉合狀態(tài)進(jìn)行靜態(tài)磁場分析，獲取其磁場分布和功率損耗
3.溫升分析
在Maxwell中插入Icepak模塊，將磁場分析模塊的模型復(fù)制進(jìn)來，設(shè)置網(wǎng)格劃分的水平，設(shè)置空氣域的邊界條件，然后設(shè)置相應(yīng)的發(fā)熱功率EMloss，讀取本次磁場分析的模型，軟件自動讀取功耗，設(shè)置setup，設(shè)置相應(yīng)的流體分析收斂數(shù)值
另外本實例需要注意的是重力方向的設(shè)置，默認(rèn)的的重力是不考慮的，
其網(wǎng)格如下所示，可以看到Maxwell繼承了Icepak的網(wǎng)格劃分方法，完全為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，相當(dāng)?shù)囊?guī)則，需要注意的是模型當(dāng)中不能出現(xiàn)曲線，都需要設(shè)置成多邊形模式
溫度分布如圖所示，可以看到鐵芯和線圈的溫度類似，銜鐵的溫度偏低，主要是由于其銜鐵和鐵芯沒有直接接觸，故沒有熱傳導(dǎo)的效果，而另外模型是接觸狀態(tài)，其溫度類似
相應(yīng)的流體分布 和流動矢量如圖所示
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個人微信號 大龍貓：CAE-ANSYS ，微信公眾號：CAE_ANSYS ，主要應(yīng)用為ANSYS Workbench界面下的各個模塊的使用.
展開 ANSYS采用ANSYS Maxwell、Twin Builder、ANSYS Workbench（ANSYS Mechanical 和ANSYS CFD）軟件對電磁作動器進(jìn)行了多物理域系統(tǒng)級協(xié)同仿真分析。
結(jié)構(gòu)簡述
作動器的結(jié)構(gòu)形式有很多，但工作原理基本相同。典型的電磁作動器包含一個繞制在鐵極片的多匝線圈和一個可移動的銜鐵。另外，如外殼框架的鐵心部分，為磁通提供閉合回路，圖1展示了框架、磁極片、線圈和銜鐵的幾何結(jié)構(gòu)。
圖1三維軸對稱結(jié)構(gòu)典型電磁作動器視圖
圖2顯示了作動器在電壓源激勵條件下的瞬態(tài)磁通密度云圖。在線圈電流快速上升期間，磁通還沒有來得及擴散到作動器的整個磁路前，集中分布在作動器的內(nèi)表面上，這也延遲了銜鐵力場的建立時間，從而延遲了閉合時間。類似道理，當(dāng)外加電壓源關(guān)斷后從設(shè)備上撤銷磁場時，由于殘磁的存在也會延遲作動器銜鐵的重新打開時間。圖2中插圖顯示了考慮電渦流后局部磁場擴散過程，隨著時間推進(jìn)，磁場穿過設(shè)備壁厚，銜鐵受力增加，最后，一旦受力克服了彈簧和負(fù)載反作用力后銜鐵閉合。
圖2 瞬態(tài)仿真0.001S后的磁密圖
靜態(tài)和瞬態(tài)仿真分析
Maxwell的靜態(tài)或者瞬態(tài)求解器可以完成作動器二維和三維電磁場分析。通常，在靜態(tài)仿真中把線圈的形狀系數(shù)、匝數(shù)和線徑以及幾何尺寸等參數(shù)設(shè)為參數(shù)化/優(yōu)化變量，改變線圈電流和銜鐵位置值而輸出一組反映力和位置的曲線。由于Maxwell使用了自動自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)，從而使變量的參數(shù)化/優(yōu)化掃描變得非常的容易。
除了靜態(tài)方法以外，使用Maxwell瞬態(tài)求解器可以仿真在考慮了電氣控制和機械全面條件下銜鐵到達(dá)閉合位置的速度問題。
展開 問題描述：
在電機中，鐵耗的精確計算十分重要，Maxwell瞬態(tài)場求解器下默認(rèn)不打開鐵耗的計算，需要手動勾選；另外，基于標(biāo)準(zhǔn)斯坦梅茲公式（steinmetz method）計算的鐵耗并未考慮對轉(zhuǎn)矩等場數(shù)據(jù)的影響，而Maxwell中可以單獨考慮，操作如下：
解決辦法：分兩步
★ 步驟一：激活鐵耗的計算（Transient solver下）
點擊菜單 Maxwell 2D/3D>Excitations>Set Core Loss
在彈出的General下，選擇需要計算的stator / Rotor
★ 步驟二：設(shè)置Consider core loss effect on field
在彈出的Set Core Loss下，Advanced下，勾選 □Consider core loss effect on field
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Maxwell瞬態(tài)的最新內(nèi)容
本次培訓(xùn)旨在讓初學(xué)者了解Ansys Maxwell基本瞬態(tài)場仿真的流程，熟悉瞬態(tài)場的適用范圍，幫助工程師快速地提升仿真建模能力。
- 徑向磁場的不均衡將在并聯(lián)線餅中生成不平衡電流
變壓器涌流
? 使用 Maxwell 瞬態(tài)求解器
? 一次側(cè)角接五柱變壓器
? 使用外部電路搭建繞組聯(lián)結(jié)組別
繞組短路阻抗
地磁感應(yīng)電流分析 (GIC)
深圳市優(yōu)飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產(chǎn)品開發(fā)平臺解決方案與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的國家級高新技術(shù)企業(yè)
圖6 機殼外邊緣磁力線分布圖
圖7 機殼內(nèi)邊緣磁力線分布圖
2.4.2 電機瞬態(tài)磁場分析及結(jié)果
Maxwell在瞬態(tài)磁場仿真中需要將運動部分與靜止部分利用一個特定的區(qū)域分開[6]。因此需要添加運動(Band)模塊的設(shè)置，為簡化計算域的劃分，Band域設(shè)置為電機的磁場及內(nèi)磁路。激勵繞組的設(shè)置與靜態(tài)磁場類似。通過瞬態(tài)仿真，可以精確的分析電機在不同時刻的輸出特性以及特性曲線。
繞組激勵設(shè)定
2、耦合設(shè)定
需要允許Maxwell與twinbuilder進(jìn)行瞬態(tài)聯(lián)合仿真。
允許與Simplorer進(jìn)行聯(lián)合仿真
3、在Simplorer中設(shè)定好link的Maxwell文件后，Maxwell中的機械部分變灰。
有限元瞬態(tài)場仿真，三個不同槽極配合在額定轉(zhuǎn)速輸出額定功率時，經(jīng)過修正后效率都剛好超過90%。
Maxwell瞬態(tài)場仿真中，用戶需要對某些特定時間段的瞬態(tài)情形進(jìn)行精細(xì)分析，則需要很小的步長；但是如果把整個仿真時間段的步長都設(shè)置很小的話，則造成整個仿真時間過長。
問題描述：
在電機中，鐵耗的精確計算十分重要，Maxwell瞬態(tài)場求解器下默認(rèn)不打開鐵耗的計算，需要手動勾選；另外，基于標(biāo)準(zhǔn)斯坦梅茲公式（steinmetz method）計算的鐵耗并未考慮對轉(zhuǎn)矩等場數(shù)據(jù)的影響，而Maxwell中可以單獨考慮，操作如下：
解決辦法：分兩步
★ 步驟一
問題描述：
Maxwell2D瞬態(tài)場仿真器Transient在XY坐標(biāo)系中如何設(shè)置模型深度？
所以總的計算點數(shù)是11*11*30=3630個點，在Maxwell瞬態(tài)場中會計算3630個時間點。在Maxwell2D中大約需要半個小時。且不需要DSO和OPT。
★ 第三步，Maxwell模型中導(dǎo)入sph文件。運行的時間可能很長，與電流掃描的范圍、角度掃描的范圍相關(guān)。
問題描述：
在電機中，鐵耗的精確計算十分重要，Maxwell瞬態(tài)場求解器下默認(rèn)不打開鐵耗的計算，需要手動勾選；另外，基于標(biāo)準(zhǔn)斯坦梅茲公式（steinmetz method）計算的鐵耗并未考慮對轉(zhuǎn)矩等場數(shù)據(jù)的影響，而Maxwell中可以單獨考慮，操作如下：
解決辦法：分兩步
★ 步驟一
