Mawell瞬态场仿真实例.docx
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Mawell瞬态场仿真实例
ThelatestrevisiononNovember22,2020
Mawell瞬态场仿真实例
MAXWELL3D
BASICEXERCISES
1.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：
25mm×25mm×2mm，材料：
pec（理想导体）
介质尺寸：
25mm×25mm×1mm，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>InsertMaxwell3DDesign
File>Saveas>PlanarCap（工程命名为“PlanarCap”）
选择求解器类型：
Maxwell>SolutionType>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DownPlate
AssignMaterial>pec（设置材料为理想导体perfectconductor）
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：
（dX,dY,dZ）>（0,0,2）
将六面体重命名为UpPlate
AssignMaterial>pec（设置材料为理想导体perfectconductor）
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medium
AssignMaterial>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）
PaddingPercentage：
0%
忽略电场的边缘效应（fringingeffect）
电容器中电场分布的边缘效应
2.设置激励（AssignExcitation）
选中上极板UpPlate,
Maxwell3D>Excitations>Assign>Voltage>5V
选中下极板DownPlate,
Maxwell3D>Excitations>Assign>Voltage>0V
3.设置计算参数（AssignExecutiveParameter）
Maxwell3D>Parameters>Assign>Matrix>Voltage1,Voltage2
4.设置自适应计算参数（CreateAnalysisSetup）
Maxwell3D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup
最大迭代次数：
Maximumnumberofpasses>10
误差要求：
PercentError>1%
每次迭代加密剖分单元比例：
RefinementperPass>50%
5.Check&Run
6.查看结果
Maxwell3D>Reselts>Solutiondata>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（DCconduction）
恒定电场的源：
（1）VoltageExcitation，导体不同面上的电压
（2）CurrentExcitations，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VoltageExcitation时，才用Sink。
保证
DCconduction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>InsertMaxwell3DDesign
File>Saveas>PlanarCap（工程命名为“DCConduction”）
选择求解器类型：
Maxwell>SolutionType>Electric>DCConduction
创建导体Conductor
Draw>Box
起点：
（X,Y,Z）>（1,,0）
坐标偏置：
（dX,dY,dZ）>（1,,）
将六面体重命名为Conductor
AssignMaterial>Copper（设置材料为铜）
创建另3个并列的导体
SelectConductor
Edit>Duplicate>AlongLine（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_4
Draw>Box
起点：
（X,Y,Z）>（,-1,0）
坐标偏置：
（dX,dY,dZ）>（,,）
将六面体重命名为Conductor_4
AssignMaterial>Copper（设置材料为铜）
创建导体Conductor_5
Draw>Box
起点：
（X,Y,Z）>（,,0）
坐标偏置：
（dX,dY,dZ）>（,,）
将六面体重命名为Conductor_5
AssignMaterial>Copper（设置材料为铜）
创建导体Conductor_6
SelectConductor_5
Edit>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
Draw>Box
起点：
（X,Y,Z）>（，，0）
坐标偏置：
（dX,dY,dZ）>（,,）
将六面体重命名为Conductor_sink
AssignMaterial>Copper（设置材料为铜）
创建计算区域（Region）
PaddingPercentage：
10%
2.设置激励（AssignExcitation）
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
Maxwell3D>Excitations>Assign>Current>1A
Maxwell在上述6个面上产生6个输入电流激励源
设置电流汇（CurrentSink）
选中Current_sink导体的下列2侧面
Maxwell3D>Excitations>Assign>Sink
3.设置剖分操作（AssignMeshOperations）
选中所有物体，Ctrl+A
Maxwell3D>Meshoperations>Assign>InsideSelection>LengthBased
不选Restrictlengthofelements
选中Restrictthenumberofelements
输入maximumnumberofelements：
10000（设置剖分单元的最大数量）
4.设置自适应计算参数（CreateAnalysisSetup）
Maxwell3D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup
Default
5.Check&Run
6.后处理
绘出导体中的电流流向图
选中所有导体
Maxwell3D>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>InsertMaxwell3DDesign
File>Saveas>Magnetostatic（工程命名为“Magnetostatic”）
选择求解器类型：
Maxwell>SolutionType>Electric>Magnetostatic
创建线圈
Draw>RegularPolygon（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：
NumberofSegments:
12
将多边形重命名为Coil
选中Coil
Draw>Sweep>AroundAxis（设置如下）
AssignMaterial>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Magnet
AssignMaterial>NdFe35（设置材料为NdFe35铷铁硼材料）
设置磁体的磁化方向（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（CreateSection）
SelectCoil
Modeler>Surface>Section
Modeler>Boolean>SeparateBodies（分离两Section面）
删除1个截面
Select1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>Region
PaddingPercentage：
100%
2.设置激励（AssignExcitation）
选中线圈截面：
Section1
Maxwell3D>Excitations>Assign>Current
Name:
Current1
Value:
100
Type:
Stranded
3.设置计算参数（AssignExecutiveParameter）
选中Magnet
Maxwell3D>Parameters>Assign>Torque
Name:
Torque1
Type:
Virtual
Axis:
Global:
:
Z,Positive
4.设置自适应计算参数（CreateAnalysisSetup）
Maxwell3D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup
最大迭代次数：
Maximumnumberofpasses：
15
误差要求：
PercentError:
1%
每次迭代加密剖分单元比例：
RefinementperPass:
30%
5.Check&Run
6.查看结果
Maxwell3D>Reselts>Solutiondata>Torque
力矩：
（N·m）
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>InsertMaxwell3DDesign
File>Saveas>Parametric（工程命名为“Parametric”）
选择求解器类型：
Maxwell>SolutionType>Magnetostatic
创建线圈
Draw>RegularPolyhedron（创建多边形柱体1）
CenterPosition（中心点坐标）：
（X,Y,Z）>（0,0,0）mm
StartPosition（起点坐标）：
（X,Y,Z）>（,0,0）mm
Axis（对称轴）：
Z
Height（柱体高度）：
多边形边数：
NumberofSegments:
36
将多边形重命名为Polyhedron1
选中Polyhedron1（创建多边形柱体2）
CTRL_C，CTRL_V
修改相关设置
CenterPosition（中心点坐标）：
（X,Y,Z）>（0,0,0）mm
StartPosition（起点坐标）：
（X,Y,Z）>（1,0,0）mm
Axis（对称轴）：
Z
Height（柱体高度）：
多边形边数：
NumberofSegments:
36
将多边形重命名为Polyhedron2
创建线圈
选中Polyhedron1，Polyhedron2
Modeler>Boolean>Subtract
BlankPark:
Polyhedron1
ToolPark:
Polyhedron2
将Polyhedron1重命名为Coil
AssignMaterial>copper（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Slug
AssignMaterial>iron（设置材料为iron）
创建计算区域（Region）
Draw>Region
PaddingPercentage：
200%
创建激励电流加载面（CreateSection）
SelectCoil
Modeler>Surface>Section
SectionPlane:
YZ平面
Modeler>Boolean>SeparateBodies（分离两Section面）
删除1个截面
Select1个截面，Del
将剩下的1个截面重命名为“Section1”
2.设置激励（AssignExcitation）
选中线圈截面：
Section1
Maxwell3D>Excitations>Assign>Current
Value:
AmpTurns
Type:
Stranded（线形激励电流）
3.设置计算参数（AssignExecutiveParameter）
选中Slug
Maxwell3D>Parameters>Assign>Force
Name:
Force1
Type:
Virtual
4.设置自适应计算参数（CreateAnalysisSetup）
Maxwell3D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup
最大迭代次数：
Maximumnumberofpasses：
5
误差要求：
PercentError:
1%
每次迭代加密剖分单元比例：
RefinementperPass:
30%
5.创建参数扫描设置
Maxwell3D>OptimetricsAnalysis>AddParametric
点击Add，创建扫描参数
variable选择：
SlugHeight
linearstep
Start=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（设置安匝数的扫描）
linearstep
Start=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SetupCalculations
点击AddCalculations
Setup1出现在SetupSweepAnalysis菜单中
点击Done
在Options子菜单中
选中如下设置
“SaveFieldandMesh”:
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。
“Copygeometricallyequivalentmeshes”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ProjectManager窗口
Optimetrics
右键点击ParametricSetup1
选择Analyze
7.查看结果
右键点击ParametricSetup1
选择ViewAnalysisResult
在ProjectManager窗口
右键点击CreateReport
设置参数如下：
点击NewReport
5.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。
（学习半对称模型的使用half-symmetry）
1.建模（Model）
Project>InsertMaxwell3DDesign
File>Saveas>Inductance（工程命名为“Inductance”）
选择求解器类型：
Maxwell>SolutionType>Magnetostatic
改变作图单位Modeler>Units>SelectUnits:
in（inches）
创建变压器铁芯框架
Draw>Box
Position：
（-1,-6,0）
Box尺寸：
（XSize,YSize,ZSize）>（2,12,10）
Draw>Box
Position：
（-1,1,2）
Box尺寸：
（XSize,YSize,ZSize）>（2,3,6）
选中Box2
Edit>Duplicate>AroundAxis
Axis:
Z
Angle:
180deg
Totalnumber:
2
选中Box1，Box2，Box2_1
Modeler>Boolean>Subtract
BlankParts:
Box1
ToolParts:
Box2，Box2_1
不要选：
“Clonetoolobjectsbeforesubtracting”
Draw>Box（创建Gap）
选中Box1，Box3
Modeler>Boolean>Subtract
BlankParts:
Box1
ToolParts:
Box3
不要选：
“Clonetoolobjectsbeforesubtracting”
选中Box1
Modeler>Boolean>SeparateBodies
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>GridPlane>YZ
Draw>Rectangle
设置如下：
Modeler>GridPlane>XY
Draw>Rectangle
设置如下：
选中Rectangle2
Modeler>DeleteLastOperation（形成Rectangle1围绕的轨迹）
选中Rectangle1，Rectangle2
Draw>Sweep>AlongPath
Angleoftwist:
0deg
DraftAngle:
0deg
Drafttype:
Round
选中Rectangle1
Edit>Duplicate>AlongLine
（X,Y,Z）>（0,0,0）
（dX,dY,dZ）>（0,0,）
TotalNumber:
3
选中Rectangle1,Rectangle1_1,Rectangle1_2
Edit>Duplicate>AlongLine
（X,Y,Z）>（0,0,0）
（dX,dY,dZ）>（0,5,0）
TotalNumber:
3
将Rectangle1,Rectangle1_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（CreateSection）
选中所有线圈
Modeler>Surface>Section
选中YZ平面
Modeler>Boolean>SeparateBodies
Edit>Delete（删除多余的面）
将左边柱上的截面重命名为：
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>Region
2.设置激励（AssignExcitation）
选中左边柱上线圈截面：
Section1,Section2,Section3
Maxwell3D>Excitations>Assign>Current
Name:
PhaseA
Value:
*Mag
Type:
Stranded
确认，弹出AddVariable窗口
Variable：
Mag>Value:
30A
选中中间柱上线圈截面：
Section4,Section5,Section6
Maxwell3D>Excitations>Assign>Current
Name:
PhaseB
Value:
Mag
Type:
Stranded
选中右边柱上线圈截面：
Section7,Section8,Section9
Maxwell3D>Excitations>Assign>Current
Name:
PhaseC
Value:
*Mag
Type:
Stranded
3.设置自适应计算参数（CreateAnalysisSetup）
Maxwell3D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup
最大迭代次数：
Maximumnumberofpa
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