AnsoftMaxwell简介与电场仿真实例.ppt

1、3.Ansoft Maxwell 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。,Ansoft Maxwell,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（3D Electrostatic Field）,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

2、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（3D DC Magnetic）,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（Eddy Current Field）,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。,

3、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（Transient Field）,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,Energy Error,Delta Energy,Energy Err

4、or：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,Energy Error=,Delta Energy：迭代能量误差变化量,若当前迭代次数i1次，Delta Energy=|第i-1次Energy Error-第i次Energy Error|,迭代停止条件：两种条件,Ansoft的自适应有限元计算,1.Maximum number of passes,2.Percent error（设定误差）,Energy Error和Delta Energy都要小于Percent error,最大允许迭代次数,两种条件满足其

5、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：Project Insert Maxwell 3D Design,选择求解器类型：Maxwell 3D Solution TypeElectrostatic,内芯建模：Draw Cylinder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

6、：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：Edit Select By Name,Shift+鼠

7、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。,Modeler Boolean Subtract,Blank Parts:Outer;Tool Parts: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,Maxwell 3D Excitations Assign Voltage.,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：Maxw

8、ell 3D Parameters Assign Matrix,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。,Capacitance Matrix 部分电容矩阵,4导体静电独立系统,4.设置计算参数（可选）,Maxwell 3D Parameters Assign Force-Virtual force,计算内芯受力,选中Inner模型,5.设置自适应求解器收敛判据,Maxwell 3D Analysis Setup Add Solution Setup,最大迭代循环次数：10,误差：5%,每次迭代加密剖分比例

9、：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,Maxwell 3D Results Solution Data,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history tree窗口中选中Plane：Global:XY,在Project manage窗口中Field Overlays，右键单击 Fields E Mag_E,显示横截面电场矢量图,在Project manage窗口中Field Overlays，右键单击 Fields E E_Vector,在history tre

10、e窗口中选中Plane：Global:XY,9.后处理,显示剖分结果图,在Project manage窗口中Field Overlays，右键单击 Fields Plot Mesh,选中模型Inner，Outer,9.后处理,导出电场强度E 的数据,1.Maxwell 3D Fields Calculator,2.Quantity E,3.Geometry All objects,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,Grid Output Min:-0.002-0.002 0 Max:0.002 0.002 0.001 Grid Size:0.0001 0.0001 0.001Vector data Domain(Volume(AllObjects),)“-2.0000000000000000e-003-2.0000000000000000e-003 0.0000000000000000e+000-2.6696090154630286e+002-3.6309353467063706e+003-1.9492643644693467e+002,场点坐标,电场强度分量 Ex，Ey，Ez,