MagNet操作说明TEAM21B.docx

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MagNet操作说明TEAM21B

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。

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。