ANSYSMaxwell涡流场分析案例.docx
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ANSYSMaxwell涡流场分析案例
1.训练后处理应用实例
本例中的涡流模型由一个电导率σ=106S/m，长度为100mm，横截面积为10×10m2的导体组成，导体通有幅值为100A、频率为60Hz、初始相位ф=120°的电流。
（1）启动Maxwell并建立电磁分析
1.在windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYSElectromagnetic→ANSYSElectromagneticSuite15.0→Windows64-bit→Maxwell3D命令，进入Maxwell软件界面。
2.选择菜单栏中File→Save命令，将文件保存名为“training_post”
3.选择菜单栏中Maxwell3D→SolutionType命令，弹出SolutionType对话框
（1）Magnetic:
eddycurrent
（2）单击OK按钮
4.依次单击Modeler→Units选项，弹出SetModelUnits对话框，将单位设置成m，并单击OK按钮。
（2）建立模型和设置材料
1.依次单击Draw→Box命令，创建长方体
在绝对坐标栏中输入：
X=-5，Y=-5，Z=0，并按Enter键
在相对坐标栏中输入：
dX=5，dY=5，dZ=100，并按Enter键
单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：
Cond
材料设置为conductor，电导率为σ=106S/m
2.依次单击Draw→Box命令，创建长方体
在绝对坐标栏中输入：
X=55，Y=-10，Z=40，并按Enter键
在相对坐标栏中输入：
dX=75，dY=10，dZ=60，并按Enter键
单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：
aux
3.依次单击Draw→Line
在绝对坐标栏中输入：
X=0，Y=0，Z=0，并按Enter键
在相对坐标栏中输入：
dX=0，dY=0，dZ=100，并按Enter键
名为line1
4.依次单击Draw→line，生成长方形
对角点为（20，-20，50）、（-20，20，50），名为line2
5.依次单击Draw→Region命令，弹出Region对话框，设置如下
☑:
Padindividualdirections
（-100，-100，0）、（200，100，100）
（3）指定边界条件和源
1.按f键，选择Cond与Region的交界面，依次单击菜单中的Maxwell3D→Excitations→Assign→Current命令，在对话框中填入以下内容：
（1）Name:
SourceIn
（2）Value:
100A
（3）Palse:
120deg
（4）单击OK按钮
2.按f键，选择Cond与Region的另一个交界面，依次单击菜单中的Maxwell3D→Excitations→Assign→Current命令，在对话框中填入以下内容：
（5）Name:
SourceIn
（6）Value:
100A
（7）Palse:
120deg
（8）按SwapDirection和OK按钮
（4）设置求解规则
1.依次选择菜单栏中Maxwell3D→AnalysisSetup→AddSolutionSetup命令，此时弹出SolutionSetup对话框，在对话框中设置：
（1）Maximumnumberofpasses（最大迭代次数）：
10
（2）PercentError（误差要求）:
1%
（3）RefinementperPass（每次迭代加密剖分单元比例）:
50%
（4）Solver>AdaptiveFrequency（设置激励源的频率）:
60Hz
（5）单击OK按钮。
1.依次选择菜单栏中的Maxwell3D→ValidationCheck命令，此时弹出的对话框中，如果全部项目都有✓说明前处理操作没有问题；如果有✗弹出，则需要重新检查模型；如果有！
出现，则不会影响计算。
2.依次选择Maxwell3D→AnalyzeAll命令，此时程序开始计算。
（5）后处理
依次单击Maxwell3D>Fields>Calculator命令，弹出FieldsCalculator对话框
1）导体内的功率损耗（体积分）
方法一：
1．选择Input>Quantity>OhmicLoss
2．选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择Cond，然后单击OK按钮
3．选择Scalar>∫Integrate
4．选择Output>Eval
5．得到Cond计算损耗约为5
方法二：
计算公式为
1．选择Input>Quantity>J，获得电流密度矢量J；
2．选择Push
3．选择General>Complex：
Conj，求J的共轭；
4．选择Vector>Mtal，出现MaterialOperation窗口；
5．选择Conductivity、Divide；单击OK按钮
6．选择Vector>Dot
7．选择General>Complex：
Real；
8．选择Input>Number，设置为Type:
Scalar；Value:
2；单击OK
9．选择General>/
10．选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择Cond，然后单击OK按钮
11．选择Scalar>∫Integrate
12．选择Output>Eval
13．得到Cond计算损耗约为5
2）沿着导体路径的电压降（线积分）
计算电压降的实部：
计算公式为
1．选择Input>Quantity>J，获得电流密度矢量J；
2．选择Vector>Mtal，出现MaterialOperation窗口；
3．选择Conductivity、Divide；单击OK按钮
4．选择General>Complex：
Real；
5．选择Input>Geometry选择Line，在列表中选择Line1，然后单击OK按钮
6．选择Vector>Tangent
7．选择Scalar>∫Integrate
8．选择Output>Eval
9．得到电压降的实部分量为0.05V
计算电压降的虚部：
计算公式为
1．选择Input>Quantity>J，获得电流密度矢量J；
2．选择Vector>Mtal，出现MaterialOperation窗口；
3．选择Conductivity、Divide；单击OK按钮
4．选择General>Complex：
Imag；
5．选择Input>Geometry选择Line，在列表中选择Line1，然后单击OK按钮
6．选择Vector>Tangent
7．选择Scalar>∫Integrate
8．选择Output>Eval
9．得到电压降的实部分量为-0.0866V
理论计算电压降幅值为
3）安培定律（线积分）
计算磁场强度的实部分量沿着线line2的线积分
1．选择Input>Quantity>H；
2．选择General>Complex：
Real；
3．选择Input>Geometry选择Line，在列表中选择Line2，然后单击OK按钮
4．选择Vector>Tangent
5．选择Scalar>∫Integrate
6．选择Output>Eval
7．出现86.58A
实际电流的实部是100×sin120=86.58A
计算磁场强度的虚部分量沿着线line2的线积分
1．选择Input>Quantity>H；
2．选择General>Complex：
Imag；
3．选择Input>Geometry选择Line，在列表中选择Line2，然后单击OK按钮
4．选择Vector>Tangent
5．选择Scalar>∫Integrate
6．选择Output>Eval
7．出现-49.98A
实际电流的虚部是100×cos120=50A
计算相位
1．选择Exch和Rlup操作，确认计算器顶部为-49.98A，接下来是86.58A
2．选择Trig|Atan2，得到相位为120.000
4）计算磁通密度散度（体积分）
计算磁通密度的实部分量散度在aux上的体积分
1．选择Input>Quantity>B；
2．选择General>Complex：
Real；
3．选择Vector>Divg
4．选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮
5．选择Scalar>∫Integrate
6．选择Output>Eval
7．出现-9.68×10-10A
计算磁通密度的虚部分量散度在aux上的体积分
1．选择Input>Quantity>B；
2．选择General>Complex：
Imag；
3．选择Vector>Divg
4．选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮
5．选择Scalar>∫Integrate
6．选择Output>Eval
7．出现1.68×10-9A
5）磁通量的计算（面积分）
磁通量实部的计算
1．选择Input>Quantity>B
2．选择Vector:
Scal?
>ScalarY
3．选择General>Complex：
Real；
4．选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮
5．General>Domain
6．选择Input>Geometry选择Surface，在列表中选择XZ，然后单击OK按钮
7．选择Scalar>∫Integrate
8．选择Output>Eval
9．出现5.06×10-8Wb
磁通量实部的计算
1．选择Input>Quantity>B
2．选择Vector:
Scal?
>ScalarY
3．选择General>Complex：
Imag；
4．选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮
5．General>Domain
6．选择Input>Geometry选择Surface，在列表中选择XZ，然后单击OK按钮
7．选择Scalar>∫Integrate
8．选择Output>Eval
9．出现-8.76×10-8Wb
磁通量的幅度为1.01×10-7Wb，进而可以获得导体与积分表面边界构成的矩形环之间的互感为
在环内感应电压的幅度为
6）计算总电阻损耗（体积分）
----Maxwell_v16_3D_WS02_BasicEddyCurrentAnalysis
1．选择Input>Quantity>OhmicLoss
2．选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择Disk，然后单击OK按钮
3．选择Scalar>∫Integrate
4．选择Output>Eval
5．得到Disk计算损耗约为270.38W
7）计算磁通量
----06_1_maxwell_eddycurrent_Asymmetric_Conductor
Bz_real
1．选择Input>Quantity>B
2．选择Vector:
Scal?
>ScalarZ
3．选择General>Complex：
Real；
4．选择General>Smooth
注意:
在特斯拉（Tesla）的单位中，流量密度将默认显示。
如果您希望看到高斯单位的结果执行步骤5和步骤6，否则跳到第7步
5．选择Input>Number，设置为Type:
Scalar；Value:
10000；单击OK
6．General>*
7．选择Add和指定名称为Bz_real
Bz_imag
8．选择Input>Quantity>B
9．选择Vector:
Scal?
>ScalarZ
10．选择General>Complex：
Imag；
11．选择General>Smooth
注意:
在特斯拉（Tesla）的单位中，流量密度将默认显示。
如果您希望看到高斯单位的结果执行步骤5和步骤6，否则跳到第7步
12．选择Input>Number，设置为Type:
Scalar；Value:
10000；单击OK
13．General>*
14．选择Add和指定名称为Bz_imag
8）计算辐射功率
----06_2_maxwell_eddycurrent_Radiation_Boundary
1．选择Input>Quantity>E；
2．选择Input>Quantity>H；
3．选择General>Complex：
Conj；
4．选择Vector>Cross
5．选择General>Complex：
Real；
6．选择Input>Number，设置为Type:
Scalar；Value:
0.5；单击OK
7．选择General>*
8．选择Add和指定名称为Poynting
9）计算电流（面积分）
----07_1_maxwell_transient_reluctance_motor
1．选择Input>Quantity>J
2．选择Vector:
Scal?
>ScalarZ
3．选择Input>Geometry选择Surface，在列表中选择Terminal_A1，然后单击OK按钮
4．选择Scalar>∫Integrate
5．选择Input>Number，设置为Type:
Scalar；Value:
150；单击OK
6．选择General>/
7．选择Output>Eval
8．单击Done
10）计算电流（面积分）
----05_3_maxwell_magnetostatic_reluctance_motor
1．选择Input>Quantity>J
2．选择Input>Geometry选择Surface，在列表中选择Terminal_A1，然后单击OK按钮
3．选择Vector>Normal
4．选择Scalar>∫Integrate
5．选择Output>Eval
6．出现通过线圈的电流，等于3750
7．单击Done
11）霍尔传感器流量密度作为时间的函数（面积分）
-----07_2_maxwell_transient_rotational_motion
1．选择Input>Quantity>B
2．选择Input>Geometry选择Surface，在列表中选择Sensor，然后单击OK按钮
3．选择Vector>Normal
4．选择Undo
5．选择Scalar>∫Integrate
6．选择Input>Number，设置为Type:
Scalar；Value:
1；单击OK
7．选择Input>Geometry选择Surface，在列表中选择Sensor，然后单击OK按钮
8．选择Scalar>∫Integrate
9．General>/
10．选择Add
11．指定名称为Bsensor
12．单击Done
12）通过线圈产生电流，作为时间的函数
----07_3_maxwell_transient_translational_motion
1．选择Input>Quantity>J
2．选择Input>Geometry选择Surface，在列表中选择Coil_Terminal，单击OK按钮
3．选择Vector>Normal
4．选择Scalar>∫Integrate
5．选择Add
6．指定名称为It
7．单击Done
2
.Maxwell3D:
铜线圈涡流分析
（1）启动Workbench并保存
1.在windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS15.0→Workbench15.0命令，启动ANSYSWorkbench15.0，进入主界面。
2.进入Workbench后，单击工具栏中的<按钮，将文件保存名为“Eddycurrent”
（2）建立电磁分析
1.双击Workbench平台左侧的Toolbox→AnalysisSystems→Maxwell3D此时在ProjectSchematic中出现电磁分析流程图。
2.双击表A中的A2，进入Maxwell软件界面。
在Maxwell软件界面可以完成有限元分析的流程操作。
3.选择菜单栏中Maxwell3D→SolutionType命令，弹出SolutionType对话框，选择eddycurrent，并单击OK按钮。
4.依次单击Modeler→Units选项，弹出SetModelUnits对话框，将单位设置成mm，并单击OK按钮。
（3）建立几何模型和设置材料
1.创建铝板模型（stock）
（1）依次单击Draw→Box命令，创建长方体
在绝对坐标栏中输入：
X=-0，Y=0，Z=0，并按Enter键
在相对坐标栏中输入：
dX=294，dY=294，dZ=19，并按Enter键
单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：
stock
（2）依次单击Draw→Box命令，创建长方体
在绝对坐标栏中输入：
X=18，Y=18，Z=0，并按Enter键
在相对坐标栏中输入：
dX=126，dY=126，dZ=19，并按Enter键
单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：
hole
（3）选中stock和hole，依次选择菜单栏中Modeler→Boolean→Subtract命令，对几何进行减运算，此时弹出Subtract对话框
a.在BlankParts中选中stock实体
b.在ToolParts中选中hole实体
c.单击OK按钮
d.得到铝板模型如下：
（4）单击几何实体，使其处于加亮状态，此时左侧会弹出属性对话框，在Material栏中将Value展开选择Edit，选择Aluminum作为铝板的材料
2.创建线圈模型（coil）
（1）依次单击Draw→Box命令，创建长方体
在绝对坐标栏中输入：
X=119，Y=25，Z=49，并按Enter键
在相对坐标栏中输入：
dX=150，dY=150，dZ=100，并按Enter键
单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：
coilhole
（2）按E键，将体选择改为边选择，选中coilhole模型的4个竖边，如下图所示。
（3）将所选边缘圆滑化，依次选择菜单栏中Modeler>Fillet命令，Fillet参数设置：
FilletRadius:
25mm；SetbackDistance:
0mm
（4）依次单击Draw→Box命令，创建长方体
在绝对坐标栏中输入：
X=94，Y=0，Z=49，并按Enter键
在相对坐标栏中输入：
dX=200，dY=200，dZ=100，并按Enter键
单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：
coil
（5）按E键，将体选择改为边选择，选中coil模型的4个竖边，将所选边缘圆滑化，依次选择菜单栏中Modeler>Fillet命令，Fillet参数设置：
FilletRadius:
50mm；SetbackDistance:
0mm
（5）选中coil和coilhole模型，依次选择菜单栏中Modeler→Boolean→Subtract命令，对几何进行减运算，此时弹出Subtract对话框
e.在BlankParts中选中coil实体
f.在ToolParts中选中coilhole实体
g.单击OK按钮
h.得到coil模型如下：
（6）单击coil几何实体，使其处于加亮状态，此时左侧会弹出属性对话框，在Material栏中将Value展开选择Edit，选择copper作为线圈的材料。
3.创建相对坐标系
选择菜单栏中Modeler>CoordinateSystem>Create>RelativeCS>Offset命令，在绝对坐标栏中输入：
X=200，Y=100，Z=0，并按Enter键
4.设置激励电流加载面
（1）选中Coil几何，依次单击菜单中的Modeler→Surface→Section命令，在弹出的对话框中选择XZ并单击OK按钮，此时几何生成截面。
（2）保持截面处于加亮状态，依次单击菜单中的Modeler→Boolean→SeparateBodies命令，此时截面被分开。
（3）右击Terminal_Separate1命令，在弹出的快捷菜单中依次选择Edit→Delete命令。
（4）添加激励
3.在模型树种选中线圈的截面，依次单击菜单中的Maxwell3D→Excitations→Assign→Current命令，在对话框中填入以下内容：
（9）Name:
Current1
（10）Value:
2742A
（11）Stranded:
☑Checked
（12）单击OK按钮
4.设置涡流存在区域
依次单击菜单中的Maxwell3D>Excitations>SetEddyEffects命令，只勾选Stock：
☑EddyEffects，然后单击OK按钮。
（5）设置求解域
选择菜单栏中Draw→Region命令，在弹出的Region对话框中输入Value=300，并单击OK按钮。
（6）创建哑元Dummy
Dummy技术的优点：
只对所关心的局部区域进行加密剖分，提高该区域的计算精度，无需对整个区域进行加密，节约了计算资源。
1.将坐标系改为GlobalCS
2.依次单击Draw→Box命令，创建长方体
在绝对坐标栏中输入：
X=-3，Y=68，Z=30，并按Enter键
在相对坐标栏中输入：
dX=300，dY=8，dZ=8，并按Enter键
单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：
dummy
材料为真空
3.设置Dummy的剖分参数，选中Dummy模型，选择菜单栏中Maxwell>MeshOperations>Assign>OnSelection>LengthBased命令，此时弹出ElementLengthBasedRefinement对话框，在对话框中填入以下内容：
（1）Name:
Length1
（2）☐：
RestrictLengthOfElements
（3）☑：
RestricttheNumberofElements
（4）MaximumNumberofElements:
1000
（5）单击OK按钮
4.选择菜单栏中Maxwell3D>AnalysisSetup>ApplyMeshOperations命令，开始划分网格。
（7）求解计算
2.依次选择菜单栏中Maxwell3D→AnalysisSetup→AddSolutionSetup命令，此时弹出SolutionSetup对话框，在对话框中设置：
（6）Maximumnumberofpasses（最大迭代次数）：
10
（7）PercentError（误差要求）:
2%
（8）RefinementperPass（每次迭代加密剖分单元比例）:
50%
（9）Solver>AdaptiveFrequency（设置激励源的频率）:
200Hz
（10）单击OK按钮。
3.依次选择菜单栏中的Maxwell3D→ValidationCheck命令，此时弹出的对话框中，如果全部项目都有✓说明前处理操作没有问题；如果有✗弹出，则需要重新检查模型；如果有！
出现，则不会影响计算。
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