AnsoftMaxwell简介与电场仿真实例.ppt
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3.AnsoftMaxwell简介,徐征重庆大学,Ansoft公司的Maxwell是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维/三维电磁场有限元分析软件。
包括静电场、静磁场、时变电场,时变磁场,涡流场、瞬态场和温度场计算等,可以用来分析电机、传感器、变压器、永磁设备、激励器等电磁装置的静态、稳态、瞬态、正常工况和故障工况的特性。
AnsoftMaxwell,Maxwell还可产生高精度的等效电路模型以供Ansoft的SIMPLORER模块和其它电路分析工具调用。
三维静电场分析(3DElectrostaticField),用于分析由静止电荷、直流电压引起的静电场。
该模块直接计算标量电位,得到电场强度(E),电位移矢量(D),电场力、电场能量、转矩、电容值等。
可用于分析直流高压绝缘问题,电容器储能问题等。
三维直流磁场分析(3DDCMagnetic),用于分析由恒定电流、永磁体及外部激磁引起的磁场。
该模块可计算磁场强度(H),电流密度(J),磁感应强度(B),磁场力、磁场能量、转矩、电感等。
可用于分析直流载流线圈磁场,永磁体产生磁场等。
涡流场分析(EddyCurrentField),用于分析受涡流、集肤效应、邻近效应影响的系统。
它求解的频率范围可以从到数百兆赫兹,能够计算损耗、铁损、力、转矩、电感与储能。
可用于分析导体中的涡流分布。
三维正弦电磁场特性等。
用于求解某些涉及到运动和任意波形的电压、电流源激励的设备。
该模块能同时求解磁场、电路及运动等强耦合的方程,因而可轻而易举地解决上述装置的性能分析问题。
瞬态场(TransientField),Ansoft仿真步骤,建模,设置材料属性(电导率,介电常数,磁导率等),设置激励源和边界条件,自适应网格剖分,后处理,有限元计算,选择求解器类型,Ansoft的自适应网格剖分,在几何结构突变处、计算场量变化大处,剖分网格加密,其他部位较稀疏,这样既保证计算精度,也保证了计算速度。
Ansoft的自适应有限元计算,误差分析:
两种误差,EnergyError,DeltaEnergy,EnergyError:
能量误差(以磁场问题为例),计算场量H,电流密度JC,计算源电流密度JS与JC的差,计算由产生的能量,计算由JS产生的能量,EnergyError=,DeltaEnergy:
迭代能量误差变化量,若当前迭代次数i1次,DeltaEnergy=|第i-1次EnergyError-第i次EnergyError|,迭代停止条件:
两种条件,Ansoft的自适应有限元计算,1.Maximumnumberofpasses,2.Percenterror(设定误差),EnergyError和DeltaEnergy都要小于Percenterror,最大允许迭代次数,两种条件满足其一,计算停止,加密剖分原则:
将具有更高能量误差的单元进行加密,每次加密比例?
系统默认30%,Ansoft分析实例一:
同轴电缆,同轴电缆:
尺寸:
长25mm,内芯半径0.6mm,外屏蔽层外半径1.2mm,外屏蔽层厚度0.2mm。
内芯和外屏蔽层材料:
铜两层之间介质:
空气内芯电压:
-1kV;外屏蔽层电压1kV,1.建模,建立工程:
ProjectInsertMaxwell3DDesign,选择求解器类型:
Maxwell3DSolutionTypeElectrostatic,内芯建模:
DrawCylinder输入内芯底面圆心坐标(0,0,-4)mm输入内芯半径:
dy=0.6mm输入内芯长度:
dz=25mm,圆心坐标,内芯半径,内芯长度,2.设置材料属性,双击,双击改名:
Inner,单击设置材料:
copper,单击改模型颜色,继续建模:
绘制外层屏蔽层模型,选中已建立的Inner模型,Ctrl+C,Ctrl+V,双击修改模型尺寸,同理,建立第3个圆柱体,半径改为1mm,命名为Air,材料:
vacuum,建立第2个圆柱体,命名为Outer,材料:
Copper,从Outer模型中减去Air模型,得到外层屏蔽层模型。
继续建模:
绘制外层屏蔽层模型,从Outer模型中减去Air模型,得到外层屏蔽层模型。
选中Outer模型和Air模型:
EditSelectByName,Shift+鼠标左键,继续建模:
绘制外层屏蔽层模型,从Outer模型中减去Air模型,得到外层屏蔽层模型。
ModelerBooleanSubtract,BlankParts:
Outer;ToolParts:
Air,建模完毕,3.设置激励源,激励源:
内芯电压:
-1kV;外屏蔽层电压1kV,选中Inner模型,设置电压-1kV,Maxwell3DExcitationsAssignVoltage.,选中Outer模型,设置电压1kV,4.设置计算参数(可选),计算参数,Force,力(虚位移法),Torque,转矩,Matrix,矩阵参数(对于静电场问题:
部分电容参数矩阵),计算电容值:
Maxwell3DParametersAssignMatrix,部分电容,静电独立系统D线从这个系统中的带电体发出,并终止于该系统中的其余带电体,与外界无任何联系,即系统中,总净电荷为0。
CapacitanceMatrix部分电容矩阵,4导体静电独立系统,4.设置计算参数(可选),Maxwell3DParametersAssignForce-Virtualforce,计算内芯受力,选中Inner模型,5.设置自适应求解器收敛判据,Maxwell3DAnalysisSetupAddSolutionSetup,最大迭代循环次数:
10,误差:
5%,每次迭代加密剖分比例:
50%,6.检验所有设置是否正确,单击,7.求解,单击,8.查看收敛结果,Maxwell3DResultsSolutionData,电场力,收敛特性,电容矩阵,9.后处理,在直接计算量的基础上得到间接计算量,将结果以图形的形式显示,显示横截面电场幅值分布图,在historytree窗口中选中Plane:
Global:
XY,在Projectmanage窗口中FieldOverlays,右键单击FieldsEMag_E,显示横截面电场矢量图,在Projectmanage窗口中FieldOverlays,右键单击FieldsEE_Vector,在historytree窗口中选中Plane:
Global:
XY,9.后处理,显示剖分结果图,在Projectmanage窗口中FieldOverlays,右键单击FieldsPlotMesh,选中模型Inner,Outer,9.后处理,导出电场强度E的数据,1.Maxwell3DFieldsCalculator,2.QuantityE,3.GeometryAllobjects,4.Domain,导出电场强度E的数据,5.Export,数据保存路径:
英文目录可用写字板打开,导出电场强度E的数据,GridOutputMin:
-0.002-0.0020Max:
0.0020.0020.001GridSize:
0.00010.00010.001VectordataDomain(Volume(AllObjects),)“-2.0000000000000000e-003-2.0000000000000000e-0030.0000000000000000e+000-2.6696090154630286e+002-3.6309353467063706e+003-1.9492643644693467e+002,场点坐标,电场强度分量Ex,Ey,Ez,