Maxwell電路
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-04-23
Maxwell電路的實例教程
有限元模型與激勵
★ 第二步，編輯外電路
Maxwell外電路
★ 外電路中ECE3_model的參數(shù)定義
Maxwell外電路中的ECE3_model模型參數(shù)
其中Windings要輸入電流掃描的繞組，以逗號相隔，
CurrentSweeps定義的電力掃描，格式見后面的描述說明。例如，在上圖中，定義電流掃描為0A、2A、4A、6A、8A、10A。在參數(shù)掃描的時候，會計算0A、2A、4A、6A、8A、10A、-2A、-4A、-6A、-8A、-10A共11個電流點。
★ 外電路中ECER_model的參數(shù)定義
Maxwell外電路中的ECER_model模型參數(shù)，
其中RotAngMax是最大掃描角度，對于三相電機(jī)而言只需要60度電角度，在這里機(jī)械角度就是30度；RotAngIntervals定義的是角度掃描的點數(shù)，這里選擇30。在本例中，角度周期是30度、掃描30個點。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。
展開 目前此功能已集成在MaxwellV16.0以后的外電路編輯器中，具體操作流程以Maxwell自帶Example為例設(shè)置如下：
★ 將電機(jī)的電樞繞組激勵由“電壓源激勵”修改為“外電路激勵”
★ 在Maxwell電路編輯器中選擇“AC_Model”并作如下設(shè)置
★ 設(shè)置繞組參數(shù)關(guān)聯(lián)與頻率（注：繞組的名稱可以設(shè)置為“All”，如果所有的繞組都需要加速穩(wěn)態(tài)進(jìn)程）
★ 繞組電流自動調(diào)節(jié)動態(tài)過程
2、如何計算永磁電機(jī)的初始位置角？
問題描述：在分析永磁電機(jī)的時候，需要設(shè)置合適的轉(zhuǎn)子位置初始角，以便和施加電流相位匹配，有的時候這個角度人工比較難判計算。
展開 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(jī)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(jī)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(kuò)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 空心杯電機(jī)本體仿真
定子繞組建模是空心杯電機(jī)仿真的關(guān)鍵
空心杯線圈UDP
-Maxwell內(nèi)嵌的空心杯線圈CupCoil UDP能夠快速輕松的建立線圈的全參數(shù)化幾何模型
-后續(xù)可以簡單的對線圈的直邊長、節(jié)距等設(shè)計參數(shù)進(jìn)行參數(shù)和優(yōu)化分析
空心杯電機(jī)繞組建模
-按如下參數(shù)生成空心杯電機(jī)的單個繞組
-沿Z軸復(fù)制生成六個繞組
生成空心杯電機(jī)完成模型
-外部輸入或直接在Maxwell內(nèi)部建立電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、永磁體模型，裝配成完整的空心杯電機(jī)模型，并賦予相應(yīng)的材料特性。
空心杯電機(jī)3D模型仿真
-外部輸入或直接在Maxwell內(nèi)部建立電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、永磁體模型，裝配成完整的空心杯電機(jī)模型，并賦予相應(yīng)的材料特性。
-把3D模型沿Z軸切割，可得如下空心杯2D模型，設(shè)置合適的模型深度和等效材料特性，并對繞組重新進(jìn)行分相后，也可以仿真空心杯電機(jī)的特性，仿真速度遠(yuǎn)快于3D模型。
空心杯電機(jī)等效電路模型提取
采用對有限元模型的定子電流和轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行遍歷的方式，基于高精度的有限元仿真提取出空心杯電機(jī)的精確等效電路模型，然后可在TwinBuilder中利用該等效電路模型搭建外部的控制電路和控制算法，從而既保證仿真精度，又保證仿真速度。
-把繞組的激勵類型設(shè)置為外部External，并設(shè)置繞組初始電流為0。
-插入一個Maxwell外電路激勵。
展開 本文給出了一個強(qiáng)有力的仿真案例：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(jī)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(kuò)散，其仿真結(jié)果如圖3所示。
圖3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)果給出了位置波形、線圈電流和二極管電流波形。
系統(tǒng)仿真
ANSYS Twin Builder是功能強(qiáng)大的多域機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計與仿真分析軟件，用于電氣、電磁、電力電子、控制等機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模、設(shè)計、仿真分析和優(yōu)化。Twin Builder提供了多種建模語言，包括電路、方框圖、狀態(tài)機(jī)、方程、VHDL-AMS、SML以及C/C++等標(biāo)準(zhǔn)建模語言。這些語言可混合使用，輕松建立模擬、數(shù)字和混合信號的多域設(shè)計模型。
對于需要高精度建模的系統(tǒng)組件，Twin Builder能夠直接和業(yè)界領(lǐng)先的ANSYS電磁場仿真工具動態(tài)鏈接，包括：Maxwell，Q3D Extractor，RMxprtTM，PExprtTM，ANSYS Icepak和ANSYS MechanicalTM等。這種協(xié)同仿真技術(shù)和模型降階技術(shù)讓Twin Builder具有強(qiáng)大的基于物理原型的系統(tǒng)仿真能力。
在本作動器案例中，若需要更具體的電子電路模型，Twin Builder可以與Maxwell協(xié)同仿真（在Maxwell中考慮了材料的非線性、電渦流和磁擴(kuò)散），或者使用等效電路模型（等效電路是作動器位置和電流參數(shù)化掃描優(yōu)化結(jié)果，同時忽略了線圈的渦流效應(yīng)）。圖4展示Twin Builder平臺下多物理域部件無縫集成的協(xié)同仿真系統(tǒng)：設(shè)備級的電力電子器件、閉環(huán)控制系統(tǒng)、精確的二維或者三維作動器模型、以及機(jī)械或者液壓負(fù)載等。
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Maxwell電路的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
Maxwell電路的最新內(nèi)容
磁屏蔽設(shè)計的實際車間，研究不同形狀的磁屏蔽，如標(biāo)準(zhǔn)和狹縫屏蔽的有效性
要求
電磁學(xué)的基本理解
無需使用ANSYS Maxwell
電路基礎(chǔ)
基本3D幾何概念
安裝了ANSYS Maxwell的計算機(jī)
致力于學(xué)習(xí)和實踐
描述
利用ANSYS Maxwell釋放電磁設(shè)計的力量在當(dāng)今技術(shù)驅(qū)動的世界中，電磁設(shè)計是無數(shù)創(chuàng)新的核心，從電動汽車和可再生能源系統(tǒng)到醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)自動化和航空航天應(yīng)用
-插入一個Maxwell外電路激勵。
-在外電路激勵圖中加上三相繞組部件ECE3_Model，旋轉(zhuǎn)部件ECER_Model和地GND部件。
場路耦合控制系統(tǒng)
不同的電路連接形式
- 可以和Maxwell外電路直接耦合仿真，能夠分析更復(fù)雜的控制特性，
- 可以直接與Simplorer聯(lián)合，實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法
此外，可以通過直接耦合到FEA解決方案的外部定義電路來控制勵磁。該電路包括線圈端子之間的齊納二極管。這兩個子電路控制開關(guān)的定時。
外電路中定義變量
導(dǎo)出sph網(wǎng)表文件
在Maxwell中導(dǎo)入外電路sph網(wǎng)表文件
Maxwell外電路中的ECE3_model模型參數(shù)
其中Windings要輸入電流掃描的繞組，以逗號相隔，
CurrentSweeps定義的電力掃描，格式見后面的描述說明。
目前此功能已集成在MaxwellV16.0以后的外電路編輯器中，具體操作流程以Maxwell自帶Example為例設(shè)置如下：
★ 將電機(jī)的電樞繞組激勵由“電壓源激勵”修改為“外電路激勵”
★ 在Maxwell電路編輯器中選擇“AC_Model
外電路中定義變量
導(dǎo)出sph網(wǎng)表文件
在Maxwell中導(dǎo)入外電路sph網(wǎng)表文件
外電路中定義變量
導(dǎo)出sph網(wǎng)表文件
在Maxwell中導(dǎo)入外電路sph網(wǎng)表文件
下圖展示Twin Builder平臺多層次建模功能以及高精度作動系統(tǒng)設(shè)計模型：設(shè)備級的電力電子器件、閉環(huán)控制系統(tǒng)、精確的二維或者三維作動器模型、以及機(jī)械或者液壓負(fù)載等；驅(qū)動電路與Maxwell有限元模型瞬態(tài)鏈接實現(xiàn)協(xié)同仿真；機(jī)械管腳直接連接定義重量、力、彈簧和停止位限制的裝置等。
驅(qū)動電路與Maxwell有限元模型瞬態(tài)鏈接實現(xiàn)協(xié)同仿真；機(jī)械管腳直接連接定義重量、力、彈簧和停止位限制的裝置等。
