Maxwell外電路
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-04-23
Maxwell外電路的實例教程
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的參數定義
Maxwell外電路中的ECE3_model模型參數
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的參數定義
Maxwell外電路中的ECER_model模型參數，
其中RotAngMax是最大掃描角度，對于三相電機而言只需要60度電角度，在這里機械角度就是30度；RotAngIntervals定義的是角度掃描的點數，這里選擇30。在本例中，角度周期是30度、掃描30個點。所以總的計算點數是11*11*30=3630個點，在Maxwell瞬態場中會計算3630個時間點。在Maxwell2D中大約需要半個小時。
展開 空心杯電機本體仿真
定子繞組建模是空心杯電機仿真的關鍵
空心杯線圈UDP
-Maxwell內嵌的空心杯線圈CupCoil UDP能夠快速輕松的建立線圈的全參數化幾何模型
-后續可以簡單的對線圈的直邊長、節距等設計參數進行參數和優化分析
空心杯電機繞組建模
-按如下參數生成空心杯電機的單個繞組
-沿Z軸復制生成六個繞組
生成空心杯電機完成模型
-外部輸入或直接在Maxwell內部建立電機定子、轉子、永磁體模型，裝配成完整的空心杯電機模型，并賦予相應的材料特性。
空心杯電機3D模型仿真
-外部輸入或直接在Maxwell內部建立電機定子、轉子、永磁體模型，裝配成完整的空心杯電機模型，并賦予相應的材料特性。
-把3D模型沿Z軸切割，可得如下空心杯2D模型，設置合適的模型深度和等效材料特性，并對繞組重新進行分相后，也可以仿真空心杯電機的特性，仿真速度遠快于3D模型。
空心杯電機等效電路模型提取
采用對有限元模型的定子電流和轉子位置進行遍歷的方式，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置為外部External，并設置繞組初始電流為0。
-插入一個Maxwell外電路激勵。
展開 場路耦合控制系統
不同的電路連接形式
- 可以和Maxwell外電路直接耦合仿真，能夠分析更復雜的控制特性，
- 可以直接與Simplorer聯合，實現復雜的控制算法
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的定時。該電路是裝置的滯后電流控制，一旦裝置關閉，將保持電流在預定義的上下電流值。這允許設備在較低的功率水平下保持關閉，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）相對應的電流波形（藍色）中的反電動勢下降，可以清楚地看到執行器的關閉。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定的上限和下限范圍內。我們還能夠指定電路中使用的時間步，獨立于FEA時間步，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。
參數化和優化設計案例：電磁力優化
作動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
優化變量
> Gap
> Core Step Height
> Core Step Radius
> Armature Step Height
> Armature Step Radius
通過在“設計特性”窗口中檢查模型中存在的變量，可以選擇這些變量進行優化。上圖中列出并顯示了此優化中使用的變量。
展開 外電路中定義變量
導出sph網表文件
在Maxwell中導入外電路sph網表文件
在Maxwell中重新定義變量
一、電磁分析及優化設計
ANSYS Maxwell的靜態或者瞬態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，在靜態仿真中把線圈的形狀、匝數和線徑以及幾何尺寸等參數設為參數化變量，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使用了自動自適應網格剖分技術，變量的參數化/優化掃描變得非常的容易。
除了靜態方法以外，使用Maxwell瞬態求解器，可以仿真在考慮了電氣控制和機械負載的條件下，銜鐵到達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、負載力，而且它們都可以是關于位置、速度或者時間的函數），考慮電渦流和磁擴散，其仿真結果如下圖所示。
圖：采用Maxwell自帶的外電路編輯器實現斬波電流激勵瞬態仿真結果：位置波形、線圈電流和二極管電流波形
圖：基于瞬態電磁分析優選滿足負載力要求的設計方案
圖：基于瞬態電磁分析優選滿足閉合時間要求的設計方案
二、電磁、熱耦合分析
Maxwell瞬態電磁場仿真分析得到的線圈和鐵芯損耗，可通過ANSYS Workbench環境映射到ANSYS Mechanical或者ANSYS CFD（計算流體動力學）軟件Fluent中做熱分析。
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Maxwell外電路的最新內容
-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，旋轉部件ECER_Model和地GND部件。
場路耦合控制系統
不同的電路連接形式
- 可以和Maxwell外電路直接耦合仿真，能夠分析更復雜的控制特性，
- 可以直接與Simplorer聯合，實現復雜的控制算法
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的定時。
1）外電路中定義變量：
2）導出 sph 網表文件：
3）在 Maxwell 中導入外電路 sph 網表文件：
4）在 Maxwell 中重新定義變量：
8. 如何在 Maxwellcurrent 激勵下設置電流突變（=0）設置?
1）定義一個變量 zerotime。
1）外電路中定義變量：
2）導出 sph 網表文件：
3）在 Maxwell 中導入外電路 sph 網表文件：
4）在 Maxwell 中重新定義變量：
8. 如何在 Maxwellcurrent 激勵下設置電流突變（=0）設置?
1）定義一個變量 zerotime。
外電路中定義變量
導出sph網表文件
在Maxwell中導入外電路sph網表文件
Maxwell外電路中的ECE3_model模型參數
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。
外電路中定義變量
導出sph網表文件
在Maxwell中導入外電路sph網表文件
外電路中定義變量
導出sph網表文件
在Maxwell中導入外電路sph網表文件
圖：采用Maxwell自帶的外電路編輯器實現斬波電流激勵瞬態仿真結果：位置波形、線圈電流和二極管電流波形
圖：基于瞬態電磁分析優選滿足負載力要求的設計方案
圖：基于瞬態電磁分析優選滿足閉合時間要求的設計方案
二、電磁、熱耦合分析
Maxwell瞬態電磁場仿真分析得到的線圈和鐵芯損耗，可通過ANSYS Workbench
圖3采用Maxwell自帶的外電路編輯器實現斬波電流激勵瞬態仿真結果給出了位置波形、線圈電流和二極管電流波形。
系統仿真
ANSYS Twin Builder是功能強大的多域機電系統設計與仿真分析軟件，用于電氣、電磁、電力電子、控制等機電一體化系統的建模、設計、仿真分析和優化。
