ANSYSMaxwell涡流场分析案例.docx

1、ANSYSMaxwell涡流场分析案例1.训练后处理应用实例本例中的涡流模型由一个电导率=106S/m，长度为100mm，横截面积为1010m2的导体组成，导体通有幅值为100A、频率为60Hz、初始相位=120的电流。（1）启动Maxwell并建立电磁分析1. 在windows系统下执行“开始”“所有程序”ANSYS ElectromagneticANSYS Electromagnetic Suite 15.0Windows 64-bitMaxwell 3D命令，进入Maxwell软件界面。2. 选择菜单栏中FileSave命令，将文件保存名为“training_post”3. 选择菜单栏中

2、Maxwell 3DSolution Type命令，弹出Solution Type对话框(1) Magnetic:eddy current(2) 单击OK按钮4. 依次单击ModelerUnits选项，弹出Set Model Units对话框，将单位设置成m，并单击OK按钮。（2）建立模型和设置材料1. 依次单击DrawBox命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=-5，Y=-5，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=5，dY=5，dZ=100，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：Cond材料设置为conductor，电导率为=106S/m2. 依次单击Dr

3、awBox命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=55，Y=-10，Z=40，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=75，dY=10，dZ=60，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：aux3. 依次单击DrawLine在绝对坐标栏中输入：X=0，Y=0，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=0，dY=0，dZ=100，并按Enter键名为line14. 依次单击Drawline，生成长方形对角点为（20，-20，50）、（-20，20，50），名为line25. 依次单击DrawRegion命令，弹出Region对话框，设置如下:Pad individu

4、al directions（-100，-100，0）、（200，100，100）（3）指定边界条件和源1. 按f键，选择Cond与Region的交界面，依次单击菜单中的Maxwell 3DExcitationsAssignCurrent命令，在对话框中填入以下内容：(1) Name:SourceIn(2) Value:100 A(3) Palse:120deg(4) 单击OK按钮2. 按f键，选择Cond与Region的另一个交界面，依次单击菜单中的Maxwell 3DExcitationsAssignCurrent命令，在对话框中填入以下内容：(5) Name:SourceIn(6) Val

5、ue:100 A(7) Palse:120deg(8) 按Swap Direction和OK按钮（4）设置求解规则1. 依次选择菜单栏中Maxwell 3DAnalysis SetupAdd Solution Setup命令，此时弹出Solution Setup对话框，在对话框中设置：(1) Maximum number of passes（最大迭代次数）：10(2) Percent Error（误差要求）:1%(3) Refinement per Pass（每次迭代加密剖分单元比例）:50%(4) SolverAdaptive Frequency（设置激励源的频率）:60Hz(5) 单击OK

6、按钮。1. 依次选择菜单栏中的Maxwell 3DValidation Check命令，此时弹出的对话框中，如果全部项目都有说明前处理操作没有问题；如果有弹出，则需要重新检查模型；如果有！出现，则不会影响计算。2. 依次选择Maxwell 3DAnalyze All命令，此时程序开始计算。（5）后处理依次单击Maxwell 3DFieldsCalculator命令，弹出Fields Calculator对话框1) 导体内的功率损耗（体积分）方法一：1选择InputQuantityOhmic Loss2选择InputGeometry选择Volume，在列表中选择Cond，然后单击OK按钮3选择S

7、calarIntegrate4选择OutputEval5得到Cond计算损耗约为5方法二：计算公式为1选择InputQuantityJ，获得电流密度矢量J；2选择Push3选择GeneralComplex：Conj，求J的共轭；4选择VectorMtal，出现Material Operation窗口；5选择Conductivity、Divide；单击OK按钮6选择VectorDot7选择GeneralComplex：Real；8选择InputNumber，设置为Type:Scalar；Value:2；单击OK9选择General/10选择InputGeometry选择Volume，在列表中选择

8、Cond，然后单击OK按钮11选择ScalarIntegrate12选择OutputEval13得到Cond计算损耗约为52) 沿着导体路径的电压降（线积分）计算电压降的实部：计算公式为1选择InputQuantityJ，获得电流密度矢量J；2选择VectorMtal，出现Material Operation窗口；3选择Conductivity、Divide；单击OK按钮4选择GeneralComplex：Real；5选择InputGeometry选择Line，在列表中选择Line1，然后单击OK按钮6选择VectorTangent7选择ScalarIntegrate8选择OutputEval

9、9得到电压降的实部分量为0.05V计算电压降的虚部：计算公式为1选择InputQuantityJ，获得电流密度矢量J；2选择VectorMtal，出现Material Operation窗口；3选择Conductivity、Divide；单击OK按钮4选择GeneralComplex：Imag；5选择InputGeometry选择Line，在列表中选择Line1，然后单击OK按钮6选择VectorTangent7选择ScalarIntegrate8选择OutputEval9得到电压降的实部分量为-0.0866V理论计算电压降幅值为3) 安培定律（线积分）计算磁场强度的实部分量沿着线line2的

10、线积分1选择InputQuantityH；2选择GeneralComplex：Real；3选择InputGeometry选择Line，在列表中选择Line2，然后单击OK按钮4选择VectorTangent5选择ScalarIntegrate6选择OutputEval7出现86.58A实际电流的实部是100sin120=86.58A计算磁场强度的虚部分量沿着线line2的线积分1选择InputQuantityH；2选择GeneralComplex：Imag；3选择InputGeometry选择Line，在列表中选择Line2，然后单击OK按钮4选择VectorTangent5选择ScalarI

11、ntegrate6选择OutputEval7出现-49.98A实际电流的虚部是100cos120=50A计算相位1选择Exch和Rlup操作，确认计算器顶部为-49.98A，接下来是86.58A2选择Trig|Atan2，得到相位为120.0004) 计算磁通密度散度（体积分）计算磁通密度的实部分量散度在aux上的体积分1选择InputQuantityB；2选择GeneralComplex：Real；3选择VectorDivg4选择InputGeometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮5选择ScalarIntegrate6选择OutputEval7出现-9.6810-

12、10A计算磁通密度的虚部分量散度在aux上的体积分1选择InputQuantityB；2选择GeneralComplex：Imag；3选择VectorDivg4选择InputGeometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮5选择ScalarIntegrate6选择OutputEval7出现1.6810-9A5) 磁通量的计算（面积分）磁通量实部的计算1选择InputQuantityB2选择Vector:Scal?Scalar Y3选择GeneralComplex：Real；4选择InputGeometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮5Genera

13、lDomain6选择InputGeometry选择Surface，在列表中选择XZ，然后单击OK按钮7选择ScalarIntegrate8选择OutputEval9出现5.0610-8Wb磁通量实部的计算1选择InputQuantityB2选择Vector:Scal?Scalar Y3选择GeneralComplex：Imag；4选择InputGeometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮5GeneralDomain6选择InputGeometry选择Surface，在列表中选择XZ，然后单击OK按钮7选择ScalarIntegrate8选择OutputEval9出现-

14、8.7610-8Wb磁通量的幅度为1.0110-7Wb，进而可以获得导体与积分表面边界构成的矩形环之间的互感为在环内感应电压的幅度为6) 计算总电阻损耗（体积分）-Maxwell_v16_3D_WS02_BasicEddyCurrentAnalysis1选择InputQuantityOhmic Loss2选择InputGeometry选择Volume，在列表中选择Disk，然后单击OK按钮3选择ScalarIntegrate4选择OutputEval5得到Disk计算损耗约为270.38W7) 计算磁通量-06_1_maxwell_eddycurrent_Asymmetric_Conducto

15、rBz_real1选择InputQuantityB2选择Vector:Scal?Scalar Z3选择GeneralComplex：Real；4选择GeneralSmooth注意:在特斯拉(Tesla)的单位中，流量密度将默认显示。如果您希望看到高斯单位的结果执行步骤5和步骤6，否则跳到第7步5选择InputNumber，设置为Type:Scalar；Value:10000；单击OK6General*7选择Add和指定名称为Bz_realBz_imag8选择InputQuantityB9选择Vector:Scal?Scalar Z10选择GeneralComplex：Imag；11选择Gene

16、ralSmooth注意:在特斯拉(Tesla)的单位中，流量密度将默认显示。如果您希望看到高斯单位的结果执行步骤5和步骤6，否则跳到第7步12选择InputNumber，设置为Type:Scalar；Value:10000；单击OK13General*14选择Add和指定名称为Bz_imag8) 计算辐射功率-06_2_maxwell_eddycurrent_Radiation_Boundary1选择InputQuantityE；2选择InputQuantityH；3选择GeneralComplex：Conj；4选择VectorCross5选择GeneralComplex：Real；6选择In

17、putNumber，设置为Type:Scalar；Value:0.5；单击OK7选择General*8选择Add和指定名称为Poynting9) 计算电流（面积分）-07_1_maxwell_transient_reluctance_motor1选择InputQuantityJ2选择Vector:Scal?Scalar Z3选择InputGeometry选择Surface，在列表中选择Terminal_A1，然后单击OK按钮4选择ScalarIntegrate5选择InputNumber，设置为Type:Scalar；Value:150；单击OK6选择General/7选择OutputEval

18、8单击Done10) 计算电流（面积分）-05_3_maxwell_magnetostatic_reluctance_motor1选择InputQuantityJ2选择InputGeometry选择Surface，在列表中选择Terminal_A1，然后单击OK按钮3选择VectorNormal4选择ScalarIntegrate5选择OutputEval6出现通过线圈的电流，等于37507单击Done11) 霍尔传感器流量密度作为时间的函数（面积分）-07_2_maxwell_transient_rotational_motion1选择InputQuantityB2选择InputGeomet

19、ry选择Surface，在列表中选择Sensor，然后单击OK按钮3选择VectorNormal4选择Undo5选择ScalarIntegrate6选择InputNumber，设置为Type:Scalar；Value:1；单击OK7选择InputGeometry选择Surface，在列表中选择Sensor，然后单击OK按钮8选择ScalarIntegrate9General/10选择Add11指定名称为Bsensor12单击Done12) 通过线圈产生电流，作为时间的函数-07_3_maxwell_transient_translational_motion1选择InputQuantityJ2

20、选择InputGeometry选择Surface，在列表中选择Coil_Terminal，单击OK按钮3选择VectorNormal4选择ScalarIntegrate5选择Add6指定名称为It7单击Done2.Maxwell 3D:铜线圈涡流分析（1）启动Workbench并保存1. 在windows系统下执行“开始”“所有程序”ANSYS 15.0Workbench 15.0命令，启动ANSYS Workbench 15.0，进入主界面。2. 进入Workbench后，单击工具栏中的按钮，将文件保存名为“Eddycurrent”（2）建立电磁分析1. 双击Workbench平台左侧的To

21、olboxAnalysis SystemsMaxwell 3D此时在Project Schematic中出现电磁分析流程图。2. 双击表A中的A2，进入Maxwell软件界面。在Maxwell软件界面可以完成有限元分析的流程操作。3. 选择菜单栏中Maxwell 3DSolution Type命令，弹出Solution Type对话框，选择eddy current，并单击OK按钮。4. 依次单击ModelerUnits选项，弹出Set Model Units对话框，将单位设置成mm，并单击OK按钮。（3）建立几何模型和设置材料1. 创建铝板模型（stock） (1) 依次单击DrawBox命令

22、，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=-0，Y=0，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=294，dY=294，dZ=19，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：stock(2) 依次单击DrawBox命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=18，Y=18，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=126，dY=126，dZ=19，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：hole(3) 选中stock和hole，依次选择菜单栏中ModelerBooleanSubtract命令，对几何进行减运算，此时弹出Subtract对话框a. 在B

23、lank Parts中选中stock实体b. 在Tool Parts中选中hole实体c. 单击OK按钮d. 得到铝板模型如下：(4) 单击几何实体，使其处于加亮状态，此时左侧会弹出属性对话框，在Material栏中将Value展开选择Edit，选择Aluminum作为铝板的材料2. 创建线圈模型（coil）(1) 依次单击DrawBox命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=119，Y=25，Z=49，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=150，dY=150，dZ=100，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：coilhole(2) 按 E 键，将体选择改为边选择

24、，选中coilhole模型的4个竖边，如下图所示。(3) 将所选边缘圆滑化，依次选择菜单栏中Modeler Fillet命令，Fillet 参数设置：Fillet Radius: 25mm；Setback Distance: 0mm(4) 依次单击DrawBox命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=94，Y=0，Z=49，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=200，dY=200，dZ=100，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：coil(5) 按 E 键，将体选择改为边选择，选中coil模型的4个竖边，将所选边缘圆滑化，依次选择菜单栏中Modeler Fille

25、t命令，Fillet 参数设置：Fillet Radius: 50mm；Setback Distance: 0mm(5) 选中coil和coilhole模型，依次选择菜单栏中ModelerBooleanSubtract命令，对几何进行减运算，此时弹出Subtract对话框e. 在Blank Parts中选中coil实体f. 在Tool Parts中选中coilhole实体g. 单击OK按钮h. 得到coil模型如下：(6) 单击coil几何实体，使其处于加亮状态，此时左侧会弹出属性对话框，在Material栏中将Value展开选择Edit，选择copper作为线圈的材料。3. 创建相对坐标系选

26、择菜单栏中Modeler Coordinate System Create Relative CS Offset命令，在绝对坐标栏中输入：X=200，Y=100，Z=0，并按Enter键4. 设置激励电流加载面(1) 选中Coil几何，依次单击菜单中的ModelerSurfaceSection命令，在弹出的对话框中选择 XZ并单击OK按钮，此时几何生成截面。(2) 保持截面处于加亮状态，依次单击菜单中的ModelerBooleanSeparate Bodies命令，此时截面被分开。(3) 右击Terminal_Separate1命令，在弹出的快捷菜单中依次选择EditDelete命令。（4）添

27、加激励3. 在模型树种选中线圈的截面，依次单击菜单中的Maxwell 3DExcitationsAssign Current命令，在对话框中填入以下内容：(9) Name: Current1(10) Value: 2742 A(11) Stranded:Checked(12) 单击OK按钮4. 设置涡流存在区域依次单击菜单中的Maxwell 3D Excitations Set Eddy Effects命令，只勾选Stock： Eddy Effects，然后单击OK按钮。（5）设置求解域选择菜单栏中DrawRegion命令，在弹出的Region对话框中输入Value=300，并单击OK按钮。（

28、6）创建哑元DummyDummy技术的优点：只对所关心的局部区域进行加密剖分，提高该区域的计算精度，无需对整个区域进行加密，节约了计算资源。1. 将坐标系改为Global CS2. 依次单击DrawBox命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=-3，Y=68，Z=30，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=300，dY=8，dZ=8，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：dummy材料为真空3. 设置Dummy的剖分参数，选中Dummy模型，选择菜单栏中Maxwell Mesh Operations Assign On Selection Length Based命令

29、，此时弹出Element Length Based Refinement对话框，在对话框中填入以下内容：(1) Name:Length1(2) ：Restrict Length Of Elements(3) ：Restrict the Number of Elements(4) Maximum Number of Elements:1000(5) 单击OK按钮4. 选择菜单栏中 Maxwell 3DAnalysis Setup Apply Mesh Operations命令，开始划分网格。（7）求解计算2. 依次选择菜单栏中Maxwell 3DAnalysis SetupAdd Solution Setup命令，此时弹出Solution Setup对话框，在对话框中设置：(6) Maximum number of passes（最大迭代次数）：10(7) Percent Error（误差要求）:2%(8) Refinement per Pass（每次迭代加密剖分单元比例）:50%(9) SolverAdaptive Frequency（设置激励源的频率）:200 Hz(10) 单击OK按钮。3. 依次选择菜单栏中的Maxwell 3DValidation Check