MagNet操作说明TEAM21B要点.docx
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MagNet操作说明TEAM21B要点
MagNet软件操作说明
前言
本说明文件以TEAM21B问题为例,介绍MagNet软件的基本操作步骤。
对一个项目的分析包括以下步骤。
目录
1.MagNet界面介绍2
2.TEAM21B问题介绍4
3.定义新材料5
4.建模7
5.建立线圈11
6.设置边界条件和网格参数14
7.求解17
8.后处理19
9.电磁和热耦合仿真23
1.MagNet界面介绍
安装MagNet和相应的License后,可以运行MagNet。
在Windows系统中,点击开始->程序->MagNet->MagNet启动MagNet。
其主要的界面如下。
1)下拉式菜单
File:
新建、打开、保存文档,输入、输出模型、动画等
Edit:
Undo、Redo,拷贝,粘贴,删除。
各种类型的选择功能等。
Draw:
光标方式,画直线、圆弧、圆等,移动、旋转、镜像等,布尔操作等
Model:
生成实体,对实体进行操作,生成线圈,运动部件等等。
Boundary:
各种边界调节,表面阻抗,簿壁特征等
Circuit:
打开电路窗口,设置电阻、电感、电容、开关、换向器等电路元件,进行连接、移动、对齐等。
Solve:
选择求解器,设定求解参数、时间步长等。
View:
各种视图选项和设定,光栅网格等。
Tools:
动画、脚本工具,场量探针,各种工具条的显示与关闭,键盘、后处理的打开和关闭操作等。
Window:
窗口操作等。
Help:
多个帮助文件,对应相关操作的日志文件等。
2)边界条件:
磁力线平行(默认),磁力线垂直,奇对称,偶对称等边界条件的设定
3)脚本,运行或记录脚本,VBS格式的文件
4)直线、圆弧网格剖分分段设定工具
5)模型视图旋转调节
6)模型视图角度调节
7)对构造线和实体的移动、复制、旋转、径向等操作
8)电子元件,用在电路窗口中
9)电子元件的排列
10)项目操作窗口
Object:
对文件中的元件,线圈,电路等设定操作
Material:
定义,编辑材料库
Coil:
对线圈定义,电压电流激励,匝数,导体截面积等。
Problem:
求解问题列表
Field:
显示求解后的各种场量,生成动画等
View:
各种视图参数
11)选取工具,选择构造线,构造面,实体线,实体面,实体等。
12)画线、圆弧、圆等构造线的工具
13)生成实体工具,拉伸,旋转,多段扫描等方式生成3D实体。
14)模型及结果显示窗口
15)电路图窗口,在必要情况下,要对电路进行适当外电路连接。
16)键盘输入坐标窗口
另外,后处理窗口可以通过Tools->PostProcessingBar打开,显示求解模型的储能、磁链、电压、电流、运动等数值。
2.TEAM21B问题介绍
TEAM21问题主要描述磁性或非磁性钢板中的杂散损耗和磁场分布问题。
其中模型B要求计算两个励磁线圈的激励磁场(方向相反)在一块钢板(A3)中的损耗。
模型尺寸如下:
其中A3钢板的电导率为6.484×106S/m,非线性的磁化曲线和磁滞损耗曲线如下表所示。
线圈参数:
300匝,导体截面积13.4mm2,励磁电流10A(50Hz,rms),电导率5.7143×107S/m。
原文参考:
pumag.co.uk/problems/P21familydefinition(20051008).pdf
3.定义新材料
MagNet自带多种材料。
如果需要输入新的材料,可以在Material页面下右键点击UserDefinedMaterials,选择NewUserMaterial,然后根据向导,设定电,磁,损耗,热等特性。
特性基于温度,可以输入多个数据或多条曲线。
如铁心损耗,可以输入50Hz和60Hz曲线。
根据向导,可以设定B模型提供的A3_TEAM21钢板材料和Copper:
TEAM21铜材料。
模型中所用到的材料会单独显示在ModelMaterials中。
如果模型中的新材料是在别的计算机上建立,在本计算机上打开模型时,该材料会以Ø标出。
鼠标左键点中该材料,直接拖到UserDefinedMaterials中成为自己的材料库中的成员。
如果模型中的某材料和已有材料的参数不一致,会以≠标出,此时在ModelMaterials中右键点击该材料,选择UpdateModelMaterial,即可以把ModelMaterials中的相应材料属性更新为UserDefinedMaterials中的同名材料。
模型自带的材料特性是不能更改的。
但是在生成新材料时,可以选中某已有材料,拷贝所有的特性到新材料中。
材料库列出了所有可以应用到模型中的材料。
当用户在某个部件中使用某一个材料时,该材料的备份会保存在部件中,使得部件的描述更完整。
因此,将单独一个部件的文件发送给相关同事时,不需要将整个材料库发送给对方。
4建模
Step1,画构造线
根据模型的对称性,只建立1/4模型即可。
启动MagNet,在Object下点中文件名(即项目名),右键属性,在Units页面下,设定单位为毫米,毫秒,赫兹,摄氏度。
保存文件,例如保存为TEAM21B_step1.mn。
*.mn为MagNet可以识别的文件后缀,此文件可以在ElecNet和ThermNet中打开,即模型在Infolytica系列软件中是通用的。
在View页面下可以设定曲线的显示方式,例如可以设定一度为一段显示。
在右侧建模窗口中画构造线,构造线是画在构造面上(ConstructionSlice),默认的构造面是XY平面,它是可以移动到任意位置或任意平面上。
根据B模型的尺寸,应用线和圆弧工具,画出如图所示的构造线。
实际坐标是通过键盘输入窗口(KeyboardInputBar)输入的,或在窗口中用鼠标输入。
KeyboardInputBar在Tools下可以打开。
如画一条从(3,0)到(7,8)的线段,先点击addLine,再在KeyboardInputBar里面输入起点(3,0),回车,再输入(7,8),回车,即得到该线段。
如果连续如此输入,则得到首尾连接的多条线段。
可以在View菜单下打开或关闭光栅(ConstructionGrid)。
通过SetConstructionGrid可以设定光栅尺寸。
在Draw菜单下,可以设定SnapModes。
构造线也可以以dxf格式从外部导入,通过File菜单中的Import实现。
导入前先要对模型设定相应的单位。
然后再经过拉伸、旋转等生成3D实体。
Step2,生成实体
采用其他CAD软件建立的2D/3D模型可以方便地与MagNet接口。
可导入/导出的文件类型包括:
AutoCAD,SAT,CATIA,PRO/E,IGES,STEP,INVENTOR等。
模型也可以直接在MagNet里面建立。
基于RasterGraphics技术,通过画线,圆弧,圆或它们的组合,生成封闭区域,再对这个封闭区域做拉伸,旋转等来生成实体。
2D作图是在ConstructionSlice上完成的,默认的ConstructionSlice是XY平面。
当然这个ConstructionSlice可以移动到3D空间的任何地方,再作图和生成实体。
用“SelectConstructionSliceSurfaces”选择线圈构造线所圈起的区域,生成名为UpperCoil的线圈。
弹出对话框,设定参数,如拉伸距离,选择材料,定义实体的名字等。
用同样的方法可以生成拉伸长度为260mm,材料为A3_TEAM21的钢板steelplate。
接下来建立空气包。
建立两个,便于设定网格等。
必须注意的是,在生成空气包时,可以先删除钢板和线圈的构造线。
这样可以选择到所有区域。
同时选中Ignoreholes。
这样当内部实体移动时,移过的部分会自动被空气填充。
根据B模型尺寸,UpperCoil与中心面(XY平面)的距离是12mm,因此沿Z轴移动此实体12mm。
删除所有的构造线,完整的模型如下图。
5.建立线圈
Step3,生成线圈
线圈是建立在导电实体(UpperCoil)基础上的,可以生成匝线圈(Stranded)或固体线圈(Solid)。
先选择UpperCoil的Face#3和Face#9,点击Model菜单中的makesimplecoil,生成线圈Coil#1。
在两个端面上显示电流的假定流入流出方向。
当然,这个方向可以更改。
接下来在Coil页面下设定线圈的属性,如匝数,电流或电压激励,是否把线圈放在电路中等。
导体截面积在参数页面下设定(StrandArea),注意单位是平方米。
把所有的线圈都定义好后,如有必要外接驱动电路,可以打开“Circuit->NewCircuitWindow”,在电路窗口建立设备的驱动电路,并将电路与所分析的模型相连。
本模型不需要外接电路。
6.设定边界条件和网格参数
Step4边界条件和网格设定
边界条件定义了在边界和未求解区域的场分布情况。
默认的一元边界条件是磁力线平行于边界。
对于部分建模的电机,比如只求解一个极或两个极,则要定义二元边界条件:
奇对称(OddPeriodicBoundary)或偶对称(EvenPeriodicBoundary)边界条件。
本模型所有的边界都是磁力线平行于边界面,因此是默认的边界条件,可以不显示设定。
为提高求解精度和速度,对不同的实体和表面,可以设定不同的网格大小。
另外还可以设定直线,圆弧分段来控制网格数,或者设定曲率大小来控制网格数。
除了设定网格大小外,在网格求解阶次上,不同元件也可以不同,如钢板设为3阶求解,其它设为2阶求解。
点击steelplate,右键属性,设定求解阶次(Polynomialorder)为3阶。
在Mesh页面下,设定最大网格尺寸为10mm。
Infolytica软件独特的3DMeshLayer技术,可以在有集肤效应的实体表面上设定剖分分层参数,目的是在不大量增加网格数量的情况下提高求解精度。
选择steelplate的Face#4,右键属性,在MeshLayers页面下设定参数。
选择steelplate的Face#6,右键属性,在MeshLayers页面下设定参数。
7.求解
Step5求解设定
在Solve菜单下设定求解参数(SetSolverOptions)。
对非线性磁化曲线,MagNet默认的应用方式是磁化曲线上磁导率是单调下降的。
对于向A3钢这样的磁化曲线,为了完全使用曲线上的点,需要设定控制参数。
在文件名右键属性里参数页面下设定MaterialIncludeRayleighRegion参数为Yes。
对于较老的版本,可以在参数页空白行里添加关键字UseRayleighRegion->Yes.
对不同问题,选择合适的求解器。
如2D或3D、静态或动态。
本模型选择Time-Harmonic3D,来求解。
求解过程,进度显示如下。
根据计算机配置的不同,求解时间大约为5~8个小时,内存使用小于450Mb。
8.后处理
Step6后处理操作
求解完成后,在Tools菜单下打开PostProcessingBar,显示储能,磁链,电阻损耗,电流和电压等结果。
如钢板的涡流损耗为1.9871W。
计算钢板中磁滞损耗工具是以窗体插件的形式实现的。
插件名为IntegrateField.frm。
在文件菜单下打开IntegrateField.frm,选择Ironloss,点击Integrate按钮,得到磁滞损耗值1.2158W
因此,完整模型的钢板损耗为4×(1.9871+1.2158)=12.8116W,实际模型测量值为12.65W,误差为1.277%。
求解后,可以在“Field”窗口显示各种场量。
如磁力线、磁密,涡流分布等等。
对于时间谐振、瞬态和参数化求解的结果,还可以生成动画。
所显示的场量数据可以通过“ProbeField”系列工具来提取。
另外,可以通过Tools菜单下的FieldSampler工具,来获得任意点、线、面上的各种数据。
比如本模型要求线段(从坐标(5.76,0,0)到(5.76,0,227.5))上的磁密BX分量最大值。
可以通过FieldSampler实现。
如下图所示。
得到的数据和实际测量值的比较曲线如下图。
二者非常吻合。
9.电磁和热耦合仿真
Step7MagNet-ThermNet耦合仿真
MagNet和ThermNet耦合仿真,可以得到电磁和热的结果。
首先在建立新材料时,要设定热特性,如材料的热传导率和热容率。
A3_TEAM21和Copper:
TEAM21都设定了热特性。
在MagNet建立的模型可以在ThermNet中打开。
也可以在MagNet中直接启动ThermNet。
在File菜单中选择Exit&StartThermNet,可以直接启动ThermNet。
在ThermNet中,空气是不参与求解的,因此先选中Airbox和BigAirbox,右键点击,选Disable,即在ThermNet中,空气不参与计算。
在其它实体的表面,设定边界条件,如热源,温度等。
最常用的是设定热对流系数和热辐射系数。
用选择实体表面的工具选择所有实体表面(先选择工具,再Ctrl+A键),通过边界设定按钮设定热对流系数为10。
实际上UpperCoil的面3和9,steelplate的面1和3是内部面,不是散热的面。
因此要从边界中移除。
选择此边界,右键属性,依次选择这四个面,移除。
在Solve菜单下点击MagneticallyCoupled,设定如下。
点击上图中的Solve按钮,可以启动求解。
先调用MagNet计算磁场,再用ThermNet计算热场。
求解后,可以从Field中观察温度分布。