1、Ansoft Maxwell 軟件介紹,Ansoft Maxwell 功能介紹,2 Ansoft Maxwell 模型建立,3 Ansoft Maxwell 材料管理,4 Ansoft Maxwell 邊界條件,7 Ansoft Maxwell 網(wǎng)格剖分設(shè)置,9 Ansoft Maxwell 后處理,8 Ansoft Maxwell 求解設(shè)置,5 Ansoft Maxwell 激勵源設(shè)置,6 Ansoft Maxwell 求解參數(shù)設(shè)置,1,1 功能介紹,Ansoft公司的Maxwell 2D/3D是一個功能強大、結(jié)果精確、易于使用的二維/三維電磁場有限元分析軟件。它包括電場、靜磁場、渦流場、瞬

2、態(tài)場和溫度場分析模塊，可以用來分析電機、傳感器、變壓器、永磁設(shè)備、激勵器等電磁裝置的靜態(tài)、穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、正常工況和故障工況的特性。它所包含的自上而下執(zhí)行的用戶界面、領(lǐng)先的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)及用戶定義材料庫等特點，使得它在易用性上遙遙領(lǐng)先。它具有高性能矩陣求解器和多CUP處理能力，提供了最快的求解速度。,2,求解器選擇,1 功能介紹（續(xù)）,3,1 功能介紹（續(xù)）,靜磁場求解器（Magnetostatic ） 用于分析由恒定電流、永磁體及外部激磁引起的磁場，是用于激勵器、傳感器、電機及永磁體等。該模塊可自動計算磁場力、轉(zhuǎn)矩、電感和儲能。 瞬態(tài)磁場求解器（Transient ） 用于求解某些涉及到運動

3、和任意波形的電壓、電流源激勵的設(shè)備，可獲得精確的預(yù)測性能特性。該模塊能同時求解磁場、電路及運動等強耦合的方程，從而得到電機的相關(guān)運行性能,4,1 功能介紹（續(xù)）,渦流場求解器（Eddy Current） 用于分析受渦流、集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)影響的系統(tǒng)。它求解的頻率范圍可以從到數(shù)百兆赫茲，能夠自動計算損耗、鐵損、力、轉(zhuǎn)矩、電感與儲能。 參數(shù)分析器（Parametric Analysis） 允許用戶設(shè)置多項可變設(shè)計量，如位置、形狀、源及頻率等?？勺詣佑嬎銛?shù)千種情況的物理問題分析，而整個過程不許用戶干預(yù)。,5,1 功能介紹界面環(huán)境,6,7,1 功能介紹界面環(huán)境,8,1 功能介紹界面環(huán)境,9,2 模型建

4、立（modeling）,在繪制曲線模型時，系統(tǒng)默認的是將封閉后的曲線自動生成面，如果用戶不想讓其自動生成面，可以在繪制曲線模型前，點擊菜單欄中的Tools/Options/Modeler Options 項更改繪圖設(shè)置。,10,2 模型建立（modeling）,11,2 模型建立（modeling）,12,2 模型建立（modeling）,13,2 模型建立（modeling）,14,2 模型建立（結(jié)束）,模型編輯菜單,模型檢查,15,3 材料管理（material）,材料庫的管理更加方便和直觀，新版軟件的材料庫主要由兩類組成，一是系統(tǒng)自帶材料庫的2D 和3D 有限元計算常用材料庫，除此外還有

5、RMxprt 電機設(shè)計模塊用的電機材料庫。二是用戶材料庫，可以將常用的且系統(tǒng)材料庫中沒有的材料單獨輸出成用戶材料庫，庫名稱可自行命名，在使用前須將用戶材料庫裝載進軟件中。,16,3 材料管理（material）,在添加自己的材料庫之前需要對材料庫的路徑進行設(shè)置（注意：ansoft不識別中文路徑）,17,3 材料管理（material）,材料編輯選項,第一個View/Edit Materials 按鈕是查看或編輯已有材料按鈕，點擊該按鈕可以查看已存在的材料屬性并且可以對其進行編輯操作； 第二個Add Material 按鈕是添加心材料按鈕，點擊該按鈕可以向材料庫中添加新材料； 第三個Clone

6、Material(s)按鈕是復(fù)制材料庫中已有材料按鈕，可將已存在的材料作為藍本， 通過復(fù)制生成新材料，并對新材料的局部屬性進行修改，這種操作節(jié)省了定義相似材料時 所花費的時間；,第四個Remove Material(s)按鈕是將選中的材料從材料庫中刪除； 第五個Expert to Library 按鈕是將選中的材料導(dǎo)入到用戶個人材料庫中，方便用戶管理其常用的材料庫。,18,3 材料管理（material）,19,3 材料管理 （material）,第一欄：Relative Permeability 是相對磁導(dǎo)率項，默認的是Simple 即各向同性且導(dǎo)磁性能為線性，其默認數(shù)值為1。第一項為Sim

7、ple 即各向同性其線性；第二項為Anisotropic 各向異性，當(dāng)選擇完該項后，會在Relative Permeability 項下出現(xiàn)T(1，1)，T(2，2)和T(3，3)這三個參數(shù)描述的是材料的三個軸向；第三個選項是Nonlinear 非線性選項，選擇該選項后即可設(shè)置材料導(dǎo)磁性能的非線性，即常用的BH 曲線。,20,3 材料管理 （material）,相對磁導(dǎo)率欄后是Bulk Conductivity 電導(dǎo)率欄，默認的電導(dǎo)率單位是S/m，對于新加入的材料該項數(shù)值為2000000。,Composition 項是設(shè)置材料構(gòu)成，默認的是Solid 即是由實心材料組成，鼠標(biāo)左鍵單擊Solid

8、 字符可以看到在彈出的下拉菜單中還有一個選項是Lamination 項，該選項所表示的是疊片形式，例如變壓器鐵心，正是由一片片的硅鋼片疊壓而成，因為需要添加的新材料是各向異性的硅鋼片，所以在材料構(gòu)成上需要選擇Lamination 項。在選擇了疊片形式項后，會在Composition 項下新出現(xiàn)兩個設(shè)置項，第一個是Stacking Factor 疊壓系數(shù)項，可將其設(shè)置為0.97，第二個是Stacking Direction 疊壓方向，在此認為Z 軸為疊壓方向，所以將其選擇為V(3)。整個設(shè)置完畢后如下圖所示。,21,3 材料管理 （material）,22,3 材料管理 （material）,永

9、磁材料的添加,23,3 材料管理 （material）,24,3 材料管理 （material）,25,3 材料管理 （material）,26,3 材料管理 （material）,充磁方向,27,4 邊界條件（Boundary）,按照不同的求解場，會有不同的邊界條件和激勵源。針對電機分析而言，主要的邊界條件有：,1 Vector Potential Boundary 狄里克萊邊界條件,矢量磁位邊界條件主要施加在求解域或計算模型的邊線上，可以定義該邊線的上所有點都滿足以下兩公式： 前者適用于XY 坐標(biāo)系,而后者適用于RZ 坐標(biāo)系。Const 為給定常數(shù)， AZ 和 A 分別為XY 坐標(biāo)系下Z

10、方向上的矢量磁位和RZ 坐標(biāo)系下 方向矢量磁位。,28,4 邊界條件（Boundary）,將選擇模式切換到edge，點擊菜單欄中的Maxwell2D/Boundaries/ Assign / Vector Potential Boundary（或者在工作窗口右鍵）,當(dāng)Const 常數(shù)等于0 時，描述的是磁力線平行于所給定的邊界線，這在仿真理想磁絕緣情況時特別有用。,29,4 邊界條件（Boundary）,2 Symmetry Boundary 對稱邊界條件,如果計算的模型具有對稱性，則可以通過使用對稱邊界條件來達到縮小計算模型區(qū)域的目的。在對稱邊界條件中又分為奇對稱邊界條件和偶對稱邊界條件。

11、點擊菜單欄中的Maxwell2D/Boundaries/Assign/Symmetry Boundary，會出現(xiàn)下圖所示的對稱邊界條件定義對話框。,30,4 邊界條件（Boundary）,在選中奇邊界條件(Odd)時，表示磁力線平行于邊界條件，磁場的法向分量為0 僅有切向分量；偶邊界條件(Even)，描述的真好相反，其表示磁力線垂直與邊界條件，磁場的切向分量為0 僅有法向分量。通過使用對稱邊界條件，至少可以將計算區(qū)域縮小一半。,3 Balloon Boundary 氣球邊界條件,Maxwell 將無窮遠邊界條件稱之為氣球邊界條件，這樣在繪制求解域范圍時就可以不必將求解域繪制的過于龐大，從而減小

12、可內(nèi)存和CPU 等計算資源的開銷。,31,4 邊界條件（Boundary）,當(dāng)所計算的模型過于磁飽和或?qū)ｉT要考察模型漏磁性能時多采用氣球邊界條件。,點擊菜單欄中的Maxwell2D/Boundaries/Assign/Balloon Boundary 項，彈出下圖所示的窗口，這里無需用戶定義氣球邊界的參數(shù)，僅定義其邊界名稱即可。,32,4 邊界條件（Boundary）,4 Master/Slave Boundary 主從邊界條件,主從邊界條件是由兩類邊界條件配合而成，即主邊界條件和從邊界條件。在使用時要先將模型的一條邊定義為主邊界，然后再設(shè)定另外一條邊為從邊界。該邊界條件的引入可以將類似于旋轉(zhuǎn)

13、電機之類的幾何模型簡化，僅計算其中的一個極或一對極，從而減少所計算的數(shù)據(jù)量。,選中模型所要施加主邊界的線段，點擊maxwell2D/ Boundaries/ Assign/Master Boundary選項，接著彈出如下圖所示的主邊界定義窗口。,33,4 邊界條件（Boundary）,34,4 邊界條件（Boundary）,35,4 邊界條件（Boundary）,Master 項用來定義該從邊界究竟與哪個主邊界構(gòu)成周期邊界條件，Relation 項包含兩個選項，分別是Bs=Bm 項，即從邊界條件與主邊界條件對稱；Bs=-Bm 項，即從邊界條件反對稱于主邊界條件。,對于電機分析，一般來說，當(dāng)分析

14、一個極時，是Bs =-Bm ，當(dāng)分析一對極時，是Bs=Bm,36,5 激勵源設(shè)置（Excitations）,所有的計算模型都必須保證有激勵源，即所計算的系統(tǒng)其能量不能為0，不同的場其激勵源形式或機理均不相同。有時甚至可以通過實際工程的激勵源形式來判斷究竟改用哪個模塊來進行建模計算。下面按照電機分析常用的靜態(tài)場和瞬態(tài)場來進行介紹。,A 靜磁場求解器激勵源,在靜磁場中，激勵源主要分為兩種：一種為電流源，另一種為電密源。,37,5 激勵源設(shè)置（Excitations）,進行激勵源設(shè)置時，只需要選中要施加激勵源的物體，然后點擊菜單欄上的Maxwell2D/Excitation/Assign/Curre

15、nt Excitation 項，這樣就會自動彈出電流源激勵給定窗口。,38,5 激勵源設(shè)置（Excitations）,其中Name 選項可以設(shè)定所加激勵源的名稱。Value 項可以設(shè)定激勵源的電流值，需要說明的是對于多匝線圈，該值應(yīng)該是給總的安匝數(shù)，而不是一匝線圈的電流值。即value= 電流*匝數(shù),39,5 激勵源設(shè)置（Excitations）,添加電密激勵與電流激勵的方向相類似，選中所要添加激勵的物體，點擊菜單欄上的Maxwell 2D/Excitation/Assign/Current Density Excitation 項，這樣會彈出電密源激勵給定窗口。通過定義電密數(shù)值的正、負來更改

16、電密的方向。,電流激勵和物體面積無關(guān) 電密激勵和物體面積有關(guān),40,5 激勵源設(shè)置（Excitations）,B 瞬態(tài)磁場求解器激勵源,在靜磁場和渦流場中，僅可以使用電流源或電密源，電壓源是不能使用在這兩個求解器中的。相比較而言，瞬態(tài)磁場的激勵源比較豐富，有電流源、電流密度源，還可以將導(dǎo)條形成線圈，該線圈是指廣義的線圈，不僅僅是由漆包線繞制而成。在形成線圈后還可以對線圈施加電流源、電壓源和復(fù)雜控制的外電路源。,41,5 激勵源設(shè)置（Excitations）,單個電流源和電流密度源的給定靜態(tài)場中的激勵源給定類似，在此不做過多說明，下面重點說一下繞組的形成和繞組激勵的給定。 繞組的形成主要分為兩個

17、步驟：一、線圈的形成；二、繞組的形成。,線圈形成：選中左側(cè)的線圈截面，點擊菜單欄上的Maxwell 2D/Excitation/Assign/Coil 選項，會彈出下圖所示的線圈端口定義窗口。,42,5 激勵源設(shè)置（Excitations）,43,5 激勵源設(shè)置（Excitations）,在線圈端口定義界面里，包括端口名稱，Number of Conductors 線圈匝數(shù)。若是雙層繞組，這個匝數(shù)是每槽導(dǎo)體數(shù)的一半，若是單層繞組，則為每槽導(dǎo)體數(shù)。當(dāng)每次選中多個截面一起定義時，不需要乘以截面?zhèn)€數(shù)。,線圈方向的定義如右圖所示。Function 函數(shù)項是用戶自己設(shè)定函數(shù)可以讓線圈電流的參考方向隨因變

18、量更改而更改，達到一種認為控制換向的目的。,44,繞組形成：點擊菜單欄中的Maxwell2D/Excitation/Assign/Add Winding 項，彈出繞組定義窗口。,5 激勵源設(shè)置（Excitations）,Current（電流）,Vlotage（電壓）,External（電壓）,45,5 激勵源設(shè)置（Excitations）,實心導(dǎo)體，可考慮渦流效應(yīng),多股絞線，不考慮渦流效應(yīng)，電機分析常采用,繞組并聯(lián)支路數(shù),46,5 激勵源設(shè)置（Excitations）,繞組的電壓和電流激勵源還可以設(shè)定為時間的函數(shù)，也可以設(shè)置為轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)。例如： Ua=220*1.414*sin(2*pi*

19、50*time) 其中pi和time都是系統(tǒng)自帶變量，不需要自己定義。若需要為位置的函數(shù)，那么變量為position。 電壓源設(shè)置：,繞組電阻,初始電流,繞組端部漏感,相電壓表達式,47,5 激勵源設(shè)置（Excitations）,外電路激勵源,48,5 激勵源設(shè)置（Excitations）,模型電感不需要人為設(shè)置，但電感名稱必須和maxwell里面的繞組名稱一致,端部漏感，需要自己定義大小,繞組電阻,注意：在外電路中必須包含電阻，否則maxwell報錯,49,5 激勵源設(shè)置（Excitations）,將線圈劃歸于某一相繞組,退出后，在屏幕右上方的工程管理欄中可以看到，繞組Winding1 前多

20、了一個“”號，點擊該“+”號會在Winding1 下方出現(xiàn)以前定義線圈端口。這說明了線圈端口是從屬于繞組的，至此完成了整個繞組的定義。,50,6 求解參數(shù)設(shè)置（Parameters）,求解參數(shù)的設(shè)置不是仿真所必須的。主要包括力（Force），轉(zhuǎn)矩（Torque）和電感矩陣（Matrix）的求取。,先選擇物體，之后選擇此項。,先選擇物體，之后選擇此項。,必須在賦完激勵源之后才能使用,51,7 網(wǎng)格剖分設(shè)置（Mesh operations）,網(wǎng)格剖分是有限元離散化的最為關(guān)鍵一步，良好的網(wǎng)格剖分可以使得用戶在最小的計算資源下?lián)碛凶顬闇蚀_的計算結(jié)果。自帶的自適應(yīng)剖分非常不錯，但其循環(huán)加密網(wǎng)格卻需要很多

21、時間，可以事先手動設(shè)置網(wǎng)格剖分，然后再繼續(xù)少量的自適應(yīng)加密步驟達到快速劃分網(wǎng)格的目的。,52,7 網(wǎng)格剖分設(shè)置（Mesh operations）,系統(tǒng)自帶的網(wǎng)格剖分設(shè)置，共有三個大項，分別是： On Selection物體邊界內(nèi)指定剖分規(guī)則 Inside Selection 物體內(nèi)部指定剖分規(guī)則 Surface Approximation對物體表層指定,53,7 網(wǎng)格剖分設(shè)置（Mesh operations）,A On Selection： 剖分設(shè)置中的Length Based Refinement 是基于單元邊長的剖分設(shè)置，其含義為在所選的物體邊界上，最大的剖分三角形邊長要給予所指定的數(shù)值；

22、剖分設(shè)置中的Skin Depth Based Refinement 是基于集膚效應(yīng)透入深度剖 分設(shè)置，由于需要考慮物體的集膚效應(yīng)，所以需要在集膚效應(yīng)層進行加密剖分，而集膚效應(yīng)層之下的網(wǎng)格則可以相對較為稀疏。,54,7 網(wǎng)格剖分設(shè)置（Mesh operations）,B Inside Selection,在設(shè)定內(nèi)部單元最大邊長時，若同時采用了限制所用剖分三角形個數(shù)項，在設(shè)定了相對過小的單元時，則這個過小的單元個數(shù)會被自動放棄。,55,7 網(wǎng)格剖分設(shè)置（Mesh operations）,C Surface Approximation,56,7 網(wǎng)格剖分設(shè)置（Mesh operations）,Max

23、imum Surface Deviation 圓內(nèi)三角形最大弦長，因為圓環(huán)之類的邊界最后都要劃分成一個個三角形組成的區(qū)域，也就是說要有多條弦來近似成圓環(huán)，則Maximum Surface Deviation 值就是設(shè)定這個最大弦長的數(shù)值。,Maximum Surface Normal Deviation 弦所對應(yīng)的三角形內(nèi)角的角度，將該值設(shè)定過小會造成邊界上的三角形形狀狹長,Maximum Aspect Ratio 為剖分三角形外接圓半徑除以2 倍內(nèi)接圓半徑的比值，該比值可以設(shè)定三角形的基本形狀。,57,8 求解設(shè)置（analysis setup）,Ansoft V11每個工程只能定義一個求解

24、設(shè)置，ansoft V12可以設(shè)置多個求解每個求解設(shè)置項都是相互獨立的。不同的求解設(shè)置可以用來計算不同的工況，以此來盡可能的增加模型的重復(fù)使用率。,在設(shè)置完激勵源和邊界條件，并劃分網(wǎng)格后，就可以設(shè)置求解選項。針對不同的場求解器，都有各自的求解設(shè)置，但在這些設(shè)置中仍有很大一部分是相同的。,58,8 求解設(shè)置（analysis setup）,A 靜態(tài)場求解設(shè)置,靜磁場中繪制完計算模型，并且定義了激勵源和網(wǎng)格剖分后，點擊添加靜磁場的求解設(shè)置項，接著就會自動彈出如圖1-67 所示的定義窗口界面。,自適應(yīng)求解設(shè)置：最大迭代步數(shù)和收斂精度。求解結(jié)束條件首先判斷收斂精度；其次才是最大迭代步數(shù)；在求解結(jié)果中可

25、以看到收斂精度隨步驟的變化曲線,59,8 求解設(shè)置（analysis setup）,自適應(yīng)網(wǎng)格設(shè)置： Refinement Per Pass 項是每次自適應(yīng)剖分所新加入的網(wǎng)格數(shù)占上一次總體網(wǎng)格的百分比。 Minimum Number of Passes 表示最小計算步數(shù)，即系統(tǒng)要求計算的最少迭代步數(shù)，默認是數(shù)值是2。 Minimum Converged Passes 表示最小收斂步數(shù)，默認是1。這兩個數(shù)據(jù)可以按照默認值設(shè)定而不需做修改。,60,8 求解設(shè)置（analysis setup）,非線性殘余誤差，軟件默認是0.0001；更改該項可以改變在非線性收斂計算中的精度。,磁導(dǎo)率設(shè)置項：有兩個設(shè)置項，默認的是Nonlinear B-H curve 項， 即采用模型中設(shè)置好的BH 曲線。而下方的From Link 項則是將