Mawell瞬态场仿真实例.docx

1、Mawell瞬态场仿真实例 The latest revision on November 22, 2020Mawell瞬态场仿真实例MAXWELL 3D BASIC EXERCISES1. 静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真平板电容器模型描述：上下两极板尺寸：25mm25mm2mm，材料：pec（理想导体）介质尺寸：25mm25mm1mm，材料：mica（云母介质）激励：电压源，上极板电压：5V，下极板电压：0V。要求计算该电容器的电容值1.建模（Model）Project Insert Maxwell 3D DesignFileSave asPlanar Cap（工程命名为“Plana

2、r Cap”）选择求解器类型：Maxwell Solution Type Electric Electrostatic创建下极板六面体Draw Box（创建下极板六面体）下极板起点：（X,Y,Z）（0, 0, 0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（0, 0, 2）将六面体重命名为DownPlateAssign Material pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建上极板六面体Draw Box（创建下极板六面体）上极板起点：（X,Y,Z）（0, 0, 3）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（25, 25,0）坐标偏置：（d

3、X,dY,dZ）（0, 0, 2）将六面体重命名为UpPlateAssign Material pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建中间的介质六面体Draw Box（创建下极板六面体）介质板起点：（X,Y,Z）（0, 0, 2）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（0, 0, 1）将六面体重命名为mediumAssign Material mica（设置材料为云母mica，也可以根据实际情况设置新材料）创建计算区域（Region）Padding Percentage：0%忽略电场的边缘效应（fringing effect

4、）电容器中电场分布的边缘效应2.设置激励（Assign Excitation）选中上极板UpPlate,Maxwell 3D Excitations Assign Voltage 5V选中下极板DownPlate,Maxwell 3D Excitations Assign Voltage 0V3.设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 3D Parameters Assign Matrix Voltage1, Voltage24.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D Analysis Setup Add

5、 Solution Setup最大迭代次数： Maximum number of passes 10误差要求： Percent Error 1%每次迭代加密剖分单元比例： Refinement per Pass 50%5. Check & Run6. 查看结果Maxwell 3D Reselts Solution data Matrix电容值：2. 恒定电场问题实例：导体中的电流仿真恒定电场：导体中，以恒定速度运动的电荷产生的电场称为恒定电场，或恒定电流场（DC conduction）恒定电场的源：（1）Voltage Excitation，导体不同面上的电压（2）Current Excita

6、tions，施加在导体表面的电流（3）Sink（汇），一种吸收电流的设置，确保每个导体流入的电流等于流出的电流。只有在不使用Voltage Excitation时，才用Sink。保证DC conduction求解器：不计算导体外的电场，计算时，不考虑材料的介电常数参数。例：绘出如下图所示导体结构中的电流流向图1.建模（Model）Project Insert Maxwell 3D DesignFileSave asPlanar Cap（工程命名为“DC Conduction”）选择求解器类型：Maxwell Solution Type Electric DC Conduction创建导体Con

7、ductorDraw Box起点：（X,Y,Z）（1, , 0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（1, ,）将六面体重命名为ConductorAssign Material Copper（设置材料为铜）创建另3个并列的导体Select ConductorEdit Duplicate Along Line（沿线复制）输入line矢量的第1个点：（0，0，0）输入line矢量的第2个点：（0，0）输入复制总数：4（包括原导体）创建导体Conductor_4Draw Box起点：（X,Y,Z）（, -1, 0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（, ,）将六面体重命名为Conductor_4Assign

8、Material Copper（设置材料为铜）创建导体Conductor_5Draw Box起点：（X,Y,Z）（, , 0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（, ,）将六面体重命名为Conductor_5Assign Material Copper（设置材料为铜）创建导体Conductor_6Select Conductor_5Edit Duplicate Mirror（镜像复制）输入对称镜像平面法向量在平面中的第1点坐标：（0，0，0）输入对称镜像平面法向量在平面外的第2点坐标：（0，1，0）上述设置表示镜像平面为XOZ平面将六面体重命名为Conductor_6创建导体Conductor_7

9、Draw Box起点：（X,Y,Z）（，0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（, ,）将六面体重命名为Conductor_sinkAssign Material Copper（设置材料为铜）创建计算区域（Region）Padding Percentage：10%2.设置激励（Assign Excitation）按f，将体选择改为面选择 设置电流注入源选中如下图所示6个面Maxwell 3D Excitations Assign Current 1AMaxwell 在上述6个面上产生6个输入电流激励源设置电流汇（Current Sink）选中Current_sink导体的下列2侧面Maxwell

10、3D Excitations Assign Sink3.设置剖分操作（Assign Mesh Operations）选中所有物体，Ctrl+AMaxwell 3D Mesh operations Assign Inside Selection Length Based不选Restrict length of elements选中Restrict the number of elements输入maximum number of elements：10000（设置剖分单元的最大数量）4.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D Analysis Set

11、up Add Solution SetupDefault5. Check & Run6. 后处理绘出导体中的电流流向图选中所有导体Maxwell 3D Fields Fields J J_Vector调节矢量箭头尺寸 3. 恒定磁场问题实例：恒定磁场力矩计算 计算如下图所示永磁体模块在线圈磁场中所受力矩。1.建模（Model）Project Insert Maxwell 3D DesignFileSave asMagnetostatic（工程命名为“Magnetostatic”）选择求解器类型：Maxwell Solution Type Electric Magnetostatic创建线圈Dr

12、aw Regular Polygon（创建线圈横截面）中心点坐标： （X,Y,Z）（0, 5, 0）设置截面半径：（dX,dY,dZ）（, 0,0）截面多边形边数：Number of Segments: 12将多边形重命名为Coil选中CoilDraw Sweep Around Axis（设置如下）Assign Material copper（设置材料为铜）创建永磁体模型Draw Box（创建下极板六面体）起点：（X,Y,Z）（-3, , ）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（6,1,1）将六面体重命名为MagnetAssign Material NdFe35（设置材料为NdFe35铷铁硼材料）设

13、置磁体的磁化方向（X,Y,Z）（1,0,0）（磁体沿x轴正方向磁化）创建激励电流加载面（Create Section）Select CoilModeler Surface SectionModeler Boolean Separate Bodies（分离两Section面）删除1个截面Select 1个截面，Del将剩下的1个截面重命名为“Section1”旋转线圈和激励电流加载面选中 Coil和Section1创建计算区域（Region）Draw RegionPadding Percentage：100%2.设置激励（Assign Excitation）选中线圈截面：Section1Maxw

14、ell 3D Excitations Assign Current Name: Current1Value: 100Type: Stranded3.设置计算参数（Assign Executive Parameter）选中 MagnetMaxwell 3D Parameters Assign Torque Name: Torque1Type: VirtualAxis: Global:Z, Positive4.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D Analysis Setup Add Solution Setup最大迭代次数： Maximum num

15、ber of passes ： 15误差要求： Percent Error: 1%每次迭代加密剖分单元比例： Refinement per Pass : 30%5. Check & Run6. 查看结果Maxwell 3D Reselts Solution data Torque力矩： (Nm)XOY平面磁场强度幅值分布图XOY平面磁场强度方向矢量图4. 参数扫描问题实例：恒定磁场力矩计算 计算如下图所示铁块所受线圈磁场的作用力。要求对线圈中的电流和铁块的高度做参数扫描，计算不同设置值时，作用力的大小。1.建模（Model）Project Insert Maxwell 3D DesignFil

16、eSave as Parametric（工程命名为“Parametric”）选择求解器类型：Maxwell Solution Type Magnetostatic创建线圈 Draw Regular Polyhedron（创建多边形柱体1）Center Position（中心点坐标）： （X,Y,Z）（0, 0, 0）mmStart Position（起点坐标）：（X,Y,Z）（, 0,0）mmAxis（对称轴）：ZHeight（柱体高度）：多边形边数：Number of Segments: 36将多边形重命名为Polyhedron1选中Polyhedron1（创建多边形柱体2）CTRL_C，C

17、TRL_V修改相关设置Center Position（中心点坐标）： （X,Y,Z）（0, 0, 0）mmStart Position（起点坐标）：（X,Y,Z）（1, 0,0）mmAxis（对称轴）：ZHeight（柱体高度）：多边形边数：Number of Segments: 36将多边形重命名为Polyhedron2创建线圈选中Polyhedron1，Polyhedron2Modeler Boolean SubtractBlank Park: Polyhedron1Tool Park: Polyhedron2将Polyhedron1重命名为CoilAssign Material copp

18、er（设置材料为铜）创建铁块模型Draw Box任意创建一个6面体尺寸参数设置如下：注意：ZSize参数的值为：“SlugHeight”将六面体重命名为SlugAssign Material iron（设置材料为iron）创建计算区域（Region）Draw RegionPadding Percentage：200%创建激励电流加载面（Create Section）Select CoilModeler Surface SectionSection Plane: YZ平面Modeler Boolean Separate Bodies（分离两Section面）删除1个截面Select 1个截面，D

19、el将剩下的1个截面重命名为“Section1”2.设置激励（Assign Excitation）选中线圈截面：Section1Maxwell 3D Excitations Assign Current Value: AmpTurnsType: Stranded（线形激励电流）3.设置计算参数（Assign Executive Parameter）选中 SlugMaxwell 3D Parameters Assign Force Name: Force 1Type: Virtual4.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D Analysis Set

20、up Add Solution Setup最大迭代次数： Maximum number of passes ： 5误差要求： Percent Error: 1%每次迭代加密剖分单元比例： Refinement per Pass : 30%5. 创建参数扫描设置Maxwell 3D Optimetrics Analysis Add Parametric点击Add，创建扫描参数variable选择： SlugHeight linear stepStart =1, Stop =2, Step = 点击Add 按键将SlugHeight的扫描设置添加到右边空白栏variable选择： AmpTurns

21、 （设置安匝数的扫描）linear stepStart =100, Stop =200, Step =50点击Add 按键将AmpTurns的扫描设置添加到右边空白栏点击OK.点击 Calculations子菜单点击 Setup Calculations点击Add CalculationsSetup1出现在Setup Sweep Analysis菜单中点击Done在Options 子菜单中选中如下设置“Save Field and Mesh ” :在每一步参数扫描计算后，保存相应的计算场量和剖分信息，一般，系统为节约内存，默认不保存。“Copy geometrically equivalent

22、 meshes” 在下次计算中，可重复使用上次计算时未变形的模块的剖分数据。一般来说，频率扫描时，不推荐使用该选项，因为Ansoft的剖分算法是与频率相关的。5. Check 6.计算在Project Manager 窗口Optimetrics右键点击 ParametricSetup1选择 Analyze7. 查看结果右键点击 ParametricSetup1选择View Analysis Result在Project Manager 窗口右键点击Create Report设置参数如下：点击New Report5. 恒定磁场实例：三相变压器电感计算计算如下图所示变压器绕组的电感。（学习半对称模

23、型的使用half-symmetry）1.建模（Model）Project Insert Maxwell 3D DesignFileSave as Inductance （工程命名为“Inductance”）选择求解器类型：Maxwell Solution Type Magnetostatic改变作图单位Modeler Units Select Units: in (inches)创建变压器铁芯框架 Draw BoxPosition： （-1,-6,0）Box尺寸：（XSize, YSize, ZSize）（2,12,10）Draw BoxPosition： （-1,1 ,2）Box尺寸：（XS

24、ize, YSize, ZSize）（2,3,6）选中Box2Edit Duplicate Around AxisAxis: ZAngle: 180 degTotal number: 2选中Box1 ，Box2，Box2_1Modeler Boolean SubtractBlank Parts: Box1Tool Parts: Box2，Box2_1不要选：“Clone tool objectsbefore subtracting”Draw Box（创建Gap）选中Box1 ，Box3Modeler Boolean SubtractBlank Parts: Box1Tool Parts: Bo

25、x3不要选：“Clone tool objectsbefore subtracting”选中Box1Modeler Boolean Separate Bodies将分离后的模型分别重命名为：“Core_E”（原Box1）和“Core_I”将两者的材料重设为：“steel_1008”创建线圈Modeler Grid Plane YZDraw Rectangle设置如下：Modeler Grid Plane XYDraw Rectangle设置如下：选中Rectangle2Modeler Delete Last Operation（形成Rectangle1围绕的轨迹）选中Rectangle1，Re

26、ctangle2Draw Sweep Along PathAngle of twist: 0degDraft Angle: 0degDraft type: Round选中Rectangle1Edit Duplicate Along Line（X,Y,Z）（ 0, 0, 0）（dX,dY,dZ）（0, 0, ）Total Number: 3选中Rectangle1, Rectangle1_1, Rectangle1_2Edit Duplicate Along Line（X,Y,Z）（ 0, 0, 0）（dX,dY,dZ）（0, 5,0）Total Number: 3将Rectangle1, Re

27、ctangle1_1和 Rectangle1_2重命名为：Coil_left, Coil_left_1, Coil_left_2将中间柱上线圈重命名为：Coil_mid, Coil_ mid _1, Coil_ mid _2将右边柱上线圈重命名为：Coil_right, Coil_ right _1, Coil_ right _2将所有Coil的材料改为Copper创建激励电流加载面（Create Section）选中所有线圈Modeler Surface Section选中YZ平面Modeler Boolean Separate BodiesEdit Delete（删除多余的面）将左边柱上的

28、截面重命名为：Section1, Section2 , Section3将中间柱上的截面命名为：Section4, Section5 , Section6将右边柱上的截面命名为：Section7, Section8 , Section9创建计算区域（Region）Draw Region2.设置激励（Assign Excitation）选中左边柱上线圈截面：Section1, Section2 , Section3Maxwell 3D Excitations Assign Current Name: PhaseAValue: *MagType: Stranded确认，弹出Add Variable

29、窗口Variable：Mag Value: 30A选中中间柱上线圈截面：Section4, Section5 , Section6Maxwell 3D Excitations Assign Current Name: PhaseBValue: MagType: Stranded选中右边柱上线圈截面：Section7, Section8 , Section9Maxwell 3D Excitations Assign Current Name: PhaseCValue: *MagType: Stranded3.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D Analysis Setup Add Solution Setup最大迭代次数： Maximum number of pa