Maxwell電路的案例
ANSYS知識(shí)庫 | Maxwell相關(guān)：典型應(yīng)用問題（三）
有限元模型與激勵(lì)
★ 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(hào)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(shí)候，會(huì)計(jì)算0A、2A、4A、6A、8A、10A、-2A、-4A、-6A、-8A、-10A共11個(gè)電流點(diǎn)。
★ 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(diǎn)數(shù)，這里選擇30。在本例中，角度周期是30度、掃描30個(gè)點(diǎn)。所以總的計(jì)算點(diǎn)數(shù)是11*11*30=3630個(gè)點(diǎn)，在Maxwell瞬態(tài)場中會(huì)計(jì)算3630個(gè)時(shí)間點(diǎn)。在Maxwell2D中大約需要半個(gè)小時(shí)。
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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(lì)由“電壓源激勵(lì)”修改為“外電路激勵(lì)”
★ 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(dòng)調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)過程
2、如何計(jì)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(shí)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(shí)候這個(gè)角度人工比較難判計(jì)算。
展開 作動(dòng)器仿真設(shè)計(jì)解決方案
一、電磁分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)
ANSYS Maxwell的靜態(tài)或者瞬態(tài)求解器可以完成作動(dòng)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(dòng)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(lì)電壓源為任意波形（或者使用Maxwell自帶的circuit editor工具），同時(shí)考慮材料的非線性，考慮機(jī)械的運(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)斬波電流激勵(lì)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(jì)方案
圖：基于瞬態(tài)電磁分析優(yōu)選滿足閉合時(shí)間要求的設(shè)計(jì)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(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）軟件Fluent中做熱分析。
展開 Ansys空心杯電機(jī)仿真方案
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(jì)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(gè)繞組
-沿Z軸復(fù)制生成六個(gè)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(lì)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(gè)Maxwell外電路激勵(lì)。
展開 
ANSYS在電磁作動(dòng)器設(shè)計(jì)中的仿真應(yīng)用
本文給出了一個(gè)強(qiáng)有力的仿真案例：外加激勵(lì)電壓源為任意波形（或者使用Maxwell自帶的circuit editor工具），同時(shí)考慮材料的非線性，考慮機(jī)械的運(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)斬波電流激勵(lì)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(jì)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(jì)、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(hào)的多域設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)器位置和電流參數(shù)化掃描優(yōu)化結(jié)果，同時(shí)忽略了線圈的渦流效應(yīng)）。圖4展示Twin Builder平臺(tái)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(dòng)器模型、以及機(jī)械或者液壓負(fù)載等。
展開 ANSYS MAXWELL電磁設(shè)計(jì)：從基礎(chǔ)到高級 ￥20
ANSYS MAXWELL電磁設(shè)計(jì)：從基礎(chǔ)到高級
ANSYS MAXWELL Electromagnetic Design : Basics to Advanced
MP4|視頻：h264,1280×720|音頻：AAC,44.1 KHz,2 Ch
語言：英語|持續(xù)時(shí)間：6小時(shí)19分鐘|大小：5.71 GB
ANSYS MAXWELL，有限元分析，電磁設(shè)計(jì)，磁鐵，導(dǎo)體，鐵磁材料，研發(fā)，研究經(jīng)驗(yàn)
你將學(xué)到什么
使用具有精確材質(zhì)和邊界設(shè)置的圓柱、圓弧和矩形幾何形狀構(gòu)建3D電磁模型。
模擬真實(shí)世界中的磁體行為，包括靜態(tài)和瞬態(tài)條件下的力、磁通密度和磁場方向。
設(shè)計(jì)和分析具有可定制線圈配置、磁芯形狀和電流輸入的電磁鐵，以評估力輸出。
使用標(biāo)注欄定義來模擬運(yùn)動(dòng)，例如電機(jī)、致動(dòng)器和發(fā)電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)、平移和簡諧運(yùn)動(dòng)。
執(zhí)行高級參數(shù)掃描，研究氣隙、匝數(shù)和電流幅度等變量如何影響系統(tǒng)性能。
對模擬結(jié)果進(jìn)行動(dòng)畫處理，以動(dòng)態(tài)地可視化磁場隨時(shí)間的演變和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。
通過將模擬結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)驗(yàn)證，使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行橋梁模擬。
磁屏蔽設(shè)計(jì)的實(shí)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(jì)算機(jī)
致力于學(xué)習(xí)和實(shí)踐
描述
利用ANSYS Maxwell釋放電磁設(shè)計(jì)的力量在當(dāng)今技術(shù)驅(qū)動(dòng)的世界中，電磁設(shè)計(jì)是無數(shù)創(chuàng)新的核心，從電動(dòng)汽車和可再生能源系統(tǒng)到醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化和航空航天應(yīng)用。了解磁場如何與材料和運(yùn)動(dòng)相互作用，對于跨學(xué)科的工程師、研究人員和設(shè)計(jì)師至關(guān)重要。
展開 ANSYS知識(shí)庫 | Maxwell激勵(lì)設(shè)置及網(wǎng)格剖分設(shè)置問題（一）
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
在Maxwell中重新定義變量
ANSYS低壓電器設(shè)計(jì)解決方案
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(shí)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(lì)磁。該電路包括線圈端子之間的齊納二極管。這兩個(gè)子電路控制開關(guān)的定時(shí)。該電路是裝置的滯后電流控制，一旦裝置關(guān)閉，將保持電流在預(yù)定義的上下電流值。這允許設(shè)備在較低的功率水平下保持關(guān)閉，并防止線圈過熱。
控制分析案例
電流斬波控制
通過與位置曲線（紅色）相對應(yīng)的電流波形（藍(lán)色）中的反電動(dòng)勢下降，可以清楚地看到執(zhí)行器的關(guān)閉。齊納二極管電流也顯示為綠色。
注意，滯后控制將電流保持在控制電路規(guī)定的上限和下限范圍內(nèi)。我們還能夠指定電路中使用的時(shí)間步，獨(dú)立于FEA時(shí)間步，這確保我們捕獲遲滯控制的切換瞬間，而不超過或低于電流限制。
參數(shù)化和優(yōu)化設(shè)計(jì)案例：電磁力優(yōu)化
作動(dòng)器究竟采用什么磁極形狀才能更好的滿足電磁力需求？
- 滿足彈簧的特性曲線
優(yōu)化變量
> Gap
> Core Step Height
> Core Step Radius
> Armature Step Height
> Armature Step Radius
通過在“設(shè)計(jì)特性”窗口中檢查模型中存在的變量，可以選擇這些變量進(jìn)行優(yōu)化。上圖中列出并顯示了此優(yōu)化中使用的變量。
展開 ANSYS知識(shí)庫 | Maxwell激勵(lì)設(shè)置及網(wǎng)格剖分設(shè)置問題（一）
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
在Maxwell中重新定義變量
3、如何在Maxwell current激勵(lì)下設(shè)置電流突變（=0）設(shè)置?
ANSYS知識(shí)庫 | Maxwell激勵(lì)設(shè)置及網(wǎng)格剖分設(shè)置問題
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
在Maxwell中重新定義變量
3、如何在Maxwell current激勵(lì)下設(shè)置電流突變（=0）設(shè)置?
