ANSYSMaxwell瞬态分析案例.docx

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ANSYSMaxwell瞬态分析案例

ANSYS-Maxwell瞬态分析案例

1.Maxwell2D:

金属块涡流损耗

(一)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。

(二)建立电磁分析

1.双击Workbench平台左侧的Toolbox→AnalysisSystems→Maxwell2D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Maxwell2D→SolutionType命令,弹出SolutionType对话框

(1)GeometryMode:

CylinderaboutZ

(2)Magnetic:

Transient

(3)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。

(三)建立几何模型和设置材料

1.选择菜单栏中Draw→Rectangle命令,创建长方形

在绝对坐标栏中输入:

X=500,Y=0,Z=0,并按Enter键

在相对坐标栏中输入:

dX=20,dY=0,dZ=500,并按Enter键

2.选中长方形,选择菜单栏中Edit→Duplicatealongline命令

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=50,dY=0,dZ=0,并按Enter键

弹出Duplicatealongline对话框,在对话框中TotalNumber:

3,然后单击OK按钮。

3.选中3个长方形右击,在快捷菜单中选择AssignMaterial命令,在材料库中选择Aluminum,然后单击OK按钮。

(四)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=500,并单击OK按钮。

Stranded:

☑Checked

Current:

54*sin(2*PI*50*Time)

(1)Rectangle3:

NumberofConductors:

80

Stranded:

☑Checked

Current:

58*sin(2*PI*50*Time)

1.选择求解域的3个边界(除Z轴上的线外),依次单击菜单栏中的Maxwell2D→Boundaries→Assign→Ballon命令

(五)网格划分

1.选中3个几何,依次单击菜单栏中的Maxwell2D→MeshOperations→InsideSelection→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)MaximumLengthofElements:

5mm

(4)☐:

RestricttheNumberofElements

(5)单击OK按钮

2.选中求解域,依次单击菜单栏中的Maxwell2D→MeshOperations→Assign→InsideSelection→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)MaximumLengthofElements:

50mm

(4)☐:

RestricttheNumberofElements

(5)单击OK按钮

3.划分网格,依次单击菜单栏中的Maxwell2D→AnalysisSetup→ApplyMeshOperations命令。

4.显示网格,选中几何,依次单击菜单栏中的Maxwell2D→Field→PlotMesh命令,然后单击OK按钮。

5.单击工具栏中的(Solutiondata)图标,可以显示网格数量。

(六)求解计算

1.依次选择菜单栏中Maxwell2D→AnalysisSetup→AddSolutionSetup命令,此时弹出SolutionSetup对话框,在对话框中填入以下内容:

(1)General:

StopTime:

0.2s

TimeStep:

0.002s

(2)SaveField:

Start:

0s

Stop:

0.2s

Step:

0.002s

点击AddtoList

(3)单击OK按钮

2.依次选择菜单栏中的Maxwell2D→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。

3.依次选择Maxwell2D→AnalyzeAll命令,此时程序开始计算。

(七)云图显示(Fields)

1.双击左下角Time=-1;任意选择时间节点,然后单击OK按钮。

2.选中所有几何,依次选择菜单栏中的Maxwell2D→Fields→Fields→A→Fluxline命令,显示磁力等值线图;

选中所有几何,依次选择菜单栏中的Maxwell2D→Fields→Fields→H→H_Vector命令,显示磁矢量图;

选中所有几何,依次选择菜单栏中的Maxwell2D→Fields→Fields→H→Mag_H命令,显示磁场分布图。

(八)图表显示(Results)

1.依次选择菜单栏中的Maxwell2D→Results→CreateTransientReport→RectangularPlot命令,在弹出的Reports对话框中做如下设置:

(1)在Category中选择Winding

(2)在Quantity中选择InputCurrent(Winding1)、InputCurrent(Winding2)、InputCurrent(Winding3)选项

(3)单击NewReport按钮

(4)显示3个电流随时间变化的曲线图

2.依次选择菜单栏中的Maxwell2D→Results→CreateTransientReport→RectangularPlot命令,在弹出的Reports对话框中做如下设置:

(1)在Category中选择Winding

(2)在Quantity中选择InducedVoltage(Winding1)、InducedVoltage(Winding2)、InducedVoltage(Winding3)选项

(3)单击NewReport按钮

(4)显示输入电压随时间变化的曲线图

3.依次选择菜单栏中的Maxwell2D→Results→CreateTransientReport→RectangularStackedReport命令,在弹出的Reports对话框中做如下设置:

(1)在Category中选择Winding

(2)在Quantity中选择InputCurrent(Winding1)、InputCurrent(Winding2)、InputCurrent(Winding3)选项

(3)单击NewReport按钮

(4)显示3个电流随时间变化的曲线图

2.Maxwell3D:

基本瞬时源

(一)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“BE_Trans_Sources”

(二)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Transient,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。

(三)建立几何模型和设置材料

1.选择菜单栏中Draw→RegularPolyhedron命令,创建正多面体

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=2,dY=2,dZ=20,并按Enter键。

2.此时左上角会弹出SegmentNumber对话框

(1)NumberofSegments:

24

(2)单击OK按钮

3.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,在对话框中填入以下内容:

(1)Name栏中将Value改成Core

(2)Material栏中将Value展开选择Edit,选择ferrite作为芯的材料

(3)其余保持默认值

4.选择菜单栏中Draw→RegularPolyhedron命令,创建正多面体

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=3,dY=3,dZ=20,并按Enter键。

5.此时左上角会弹出SegmentNumber对话框

(1)NumberofSegments:

24

(2)单击OK按钮

6.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

(1)Name栏中将Value改成Core

(2)Material栏中将Value展开选择Edit,选择copper作为线圈的材料

(3)其余保持默认值

7.选中所有几何并单击工具栏中的按钮,对几何进行减运算,此时弹出Subtract对话框

(1)在BlankParts中选中Coil实体

(2)在ToolParts中选中Core实体

(3)☑:

Clonetoolobjectsbeforeoperation

(4)单击OK按钮

8.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YZ并单击OK按钮,此时几何生成个截面,将结果表的名称为Terminal。

9.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。

10.右击Terminal_Separate1命令,在弹出的快捷菜单中依次选择Edit→Delete命令。

(四)添加激励

1.选择菜单栏中Maxwell3D→DesignDatasets命令,弹出Datasets对话框,在对话框中选择Add,此时弹出AddDatasets对话框,在对话框中填入以下内容:

•Name:

DSet_A

•Coordinates:

(1)X1=0Y1=0

(2)X2=250e-6Y2=1

(3)X3=750e-6Y3=-1s

(4)X4=1e-3Y4=0

•单击OK和Done按钮

2.选择菜单栏中Maxwell3D→Excitations→AddWinding命令,弹出Winding对话框,在对话框中填入以下内容:

(1)Name:

Winding_A

(2)Type:

Voltage

(3)Stranded:

☑Checked

(4)InitialCurrent:

0A

(5)Resistance:

25ohm

(6)Inductance:

0H

(7)Voltage:

50+25*sin(2*PI*50*Time)+5*pwl_periodic(DSet_A,Time)

(8)单击OK按钮

3.在模型树种选中Terminal,依次单击菜单中的Maxwell3D→Excitations→Assign→CoilTerminal命令,弹出CurrentExcitation对话框,在对话框中填入以下内容:

(1)Name:

CoilTerminal1

(2)NumberofConductors:

150

(3)单击OK按钮

4.在Projectmanager中展开Excitations,右击CoilTerminal1,在弹出的快捷菜单中选择AddtoWinding命令,此时会弹出AddtoWinding对话框,选择Winding_A,然后单击OK按钮。

(五)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=500,并单击OK按钮。

(六)网格划分

1.选中Core几何,依次单击菜单栏中的Maxwell3D→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

2.选中Coil几何,依次单击菜单栏中的Maxwell3D→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:

Length2

(2)☐:

RestrictLengthOfElements

(3)☑:

RestricttheNumberofElements

(4)MaximumNumberofElements:

1000

(5)单击OK按钮

(七)求解计算

1.依次选择菜单栏中Maxwell3D→AnalysisSetup→AddSolutionSetup命令,此时弹出SolutionSetup对话框,在对话框中的StopTime栏中输入20ms,在TimeStep栏中输入100us,然后单击OK按钮。

2.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。

3.依次选择Maxwell3D→AnalyzeAll命令,此时程序开始计算。

(八)图表显示(Results)

1.依次选择菜单栏中的Maxwell3D→Results→CreateTransientReport→RectangularPlot命令,在弹出的Reports对话框中做如下设置:

(1)在Category中选择Winding

(2)在Quantity中选择InputCurrent(Winding_A)选项

(3)单击NewReport按钮

(4)显示电流随时间变化的曲线图

2.依次选择菜单栏中的Maxwell3D→Results→CreateTransientReport→RectangularPlot命令,在弹出的Reports对话框中做如下设置:

(1)在Category中选择Winding

(2)在Quantity中选择InputVoltage(Winding_A)选项

(3)单击NewReport按钮

(4)显示输入电压随时间变化的曲线图

(九)设置外部激励电路

1.添加电路设计

(1)在Projectmanager中,选中“BE_Trans_Sources”右击,单击Copy

(2)在Projectmanager中,选中项目名右击,单击Paste,并重命名为“BE_Trans_Circuit”

2.修改Winding设置

在ProjectManager中展开Excitations,双击Winding_A,弹出Winding对话框,在对话框中设置:

(1)Name:

Winding_A

(2)Type:

External

(3)Stranded:

☑Checked

(4)InitialCurrent:

0A

(5)单击OK按钮

3.创建外部电路

(1)选择菜单栏中Maxwell3D→Excitations→ExternalCircuit→EditExternalCircuit命令,弹出EditExternalCircuit对话框,在对话框中选择EditCircuit,将启动MaxwellCircuitEditor窗口。

(2)点击ProjectManager下的Components子栏,右上角出现ComponentManager栏

(3)选择MaxwellCircuitElements→Sources→Vsin命令,将Vsin元件拖到绘图区域,按ESC键退出或右键Finish,双击组件以修改其属性,其中Va=100V,VFreq=50Hz

(4)再添加一个Vsin元件,设置Va=100V,VFreq=1000Hz

(5)放置电阻,选择MaxwellCircuitElements→PassiveElements→Res命令,将Res元件拖到绘图区域,按ESC键退出或右键Finish,将电阻值改为25欧。

(6)选择MaxwellCircuitElements→Probes→Voltmeter命令,将Voltmeter元件拖到绘图区域

(7)连接各元件:

Draw→Wire

(8)放置参考地:

Draw→Ground,连接Ground

(9)导出电路的网络连接表

选择菜单栏中File→Save,将文件保存为:

“WS5_BasicTransient_Circuit”,

选择菜单栏中MaxwellCircuit→ExportNetlist命令,将文件保存为:

“WS5_BasicTransient_Circuit.sph”。

4.在Maxwell3D下设置外部激励

返回Maxwell窗口,在EditExternalCircuit对话框,单击Cancel,然后单击ImportCircuit,导入“WS5_BasicTransient_Circuit.sph”文件,单击OK按钮。

5.依次选择Maxwell3D→AnalyzeAll命令,此时程序开始计算。

(十)电压和电流图表显示(Results)

以前的设计仍将存在,但是电压图没有参考,因为输入电压没有被应用,而是从电路中接收到。

在Projectmanager中双击plot

(1)在Category中改变为NodeVoltage

(2)在Quantity中改变为NodeVoltage

(3)单击ApplyTrace按钮

(4)显示输入电压随时间变化的曲线图

3.Maxwell3D:

分析电机定子转子中的磁场和电流

计算如下图所示电机转子中的磁场分布,线圈激励采用脉冲波形。

(一)启动Maxwell并建立电磁分析

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“rotationalactuator”。

3.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。

4.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。

5.选择菜单栏中Maxwell3D→SolutionType命令,弹出SolutionType对话框

(1)Magnetic:

Transient

(2)单击OK按钮

6.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。

(二)建立几何模型

1.创建定子外磁路

(1)依次单击Draw→Cylinder命令

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=104.5,dY=0,dZ=25.4,并按Enter键

(2)单击几何实体,左侧弹出属性对话框,在对话框中填入以下内容:

a.Name:

Outer_arm

b.Color:

red

c.其余保持默认值

(3)选中Outer_arm几何,CTRL+C,CTRL+V,得到第2个圆柱模型

a.Name:

Cylindertool

b.Radius:

83.1mm

c.其余保持默认值

(4)选中Outer_arm和Cylindertool,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Outer_arm实体

b.在ToolParts中选中Cylindertool实体

c.单击OK按钮

2.创建定子上的两磁极

(1)依次单击Draw→Box命令,创建长方体

在绝对坐标栏中输入:

X=-13.9,Y=0,Z=0,并按Enter键

在相对坐标栏中输入:

dX=27.8,dY=-40,dZ=25.4,并按Enter键

(2)选中该Box几何体,选择菜单栏中Edit→Arrange→Move命令

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=-45,dZ=0,并按Enter键

(3)选择菜单栏中Edit→Duplicate→Mirror命令

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=1,dZ=0,并按Enter键

(4)选中Outer_arm和2个Box模型,选择菜单栏中Modeler→Boolean→Unite命令

(5)依次单击Draw→Cylinder命令,创建圆柱体

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=53.75,dY=0,dZ=25.4,并按Enter键

(5)选中Outer_arm和Cylinder1,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Outer_arm实体

b.在ToolParts中选中Cylinder1实体

c.单击OK按钮

3.创建转子

(1)依次单击Draw→Cylinder命令,创建圆柱体

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=25.4,dY=0,dZ=

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