1、3. Ansoft Maxwell 簡介,徐 征 重慶大學,Ansoft公司的Maxwell 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。包括靜電場、靜磁場、時變電場，時變磁場，渦流場、瞬態(tài)場和溫度場計算等，可以用來分析電機、傳感器、變壓器、永磁設備、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。,Ansoft Maxwell,Maxwell 還可產(chǎn)生高精度的等效電路模型以供Ansoft 的SIMPLORER 模塊和其它電路分析工具調(diào)用。,三維靜電場分析（3D Electrostatic Field）,用于分析由靜止電荷、直流電壓引起的靜電場。該模塊直接

2、計算標量電位，得到電場強度（E），電位移矢量（D），電場力、電場能量、轉(zhuǎn)矩、電容值等。 可用于分析直流高壓絕緣問題，電容器儲能問題等。,三維直流磁場分析（3D DC Magnetic）,用于分析由恒定電流、永磁體及外部激磁引起的磁場。該模塊可計算磁場強度（H），電流密度（J），磁感應強度（B），磁場力、磁場能量、轉(zhuǎn)矩、電感等?？捎糜诜治鲋绷鬏d流線圈磁場，永磁體產(chǎn)生磁場等。,渦流場分析（Eddy Current Field）,用于分析受渦流、集膚效應、鄰近效應影響的系統(tǒng)。它求解的頻率范圍可以從到數(shù)百兆赫茲，能夠計算損耗、鐵損、力、轉(zhuǎn)矩、電感與儲能?？捎糜诜治鰧w中的渦流分布。三維正弦電磁場特性等

3、。,用于求解某些涉及到運動和任意波形的電壓、電流源激勵的設備。該模塊能同時求解磁場、電路及運動等強耦合的方程，因而可輕而易舉地解決上述裝置的性能分析問題。,瞬態(tài)場（Transient Field）,Ansoft仿真步驟,建模,設置材料屬性（電導率，介電常數(shù)，磁導率等）,設置激勵源和邊界條件,自適應網(wǎng)格剖分,后處理,有限元計算,選擇求解器類型,Ansoft的自適應網(wǎng)格剖分,在幾何結(jié)構突變處、計算場量變化大處，剖分網(wǎng)格加密，其他部位較稀疏，這樣既保證計算精度，也保證了計算速度。,Ansoft的自適應有限元計算,誤差分析：兩種誤差,Energy Error,Delta Energy,Energy E

4、rror：能量誤差（以磁場問題為例）,計算場量H,電流密度JC,計算源電流密度JS與JC的差,計算由 產(chǎn)生的能量,計算由JS 產(chǎn)生的能量,Energy Error =,Delta Energy：迭代能量誤差變化量,若當前迭代次數(shù)i1次， Delta Energy =|第i-1次Energy Error-第i次Energy Error|,迭代停止條件：兩種條件,Ansoft的自適應有限元計算,1. Maximum number of passes,2.Percent error（設定誤差）,Energy Error和Delta Energy都要小于Percent error,最大允許迭代次數(shù),兩

5、種條件滿足其一，計算停止,加密剖分原則： 將具有更高能量誤差的單元進行加密,每次加密比例？ 系統(tǒng)默認30%,Ansoft分析實例一：同軸電纜,同軸電纜: 尺寸：長25mm，內(nèi)芯半徑0.6mm，外屏蔽層外半徑1.2mm，外屏蔽層厚度0.2mm。 內(nèi)芯和外屏蔽層材料：銅 兩層之間介質(zhì)：空氣 內(nèi)芯電壓：-1kV；外屏蔽層電壓1kV,1.建模,建立工程：Project Insert Maxwell 3D Design,選擇求解器類型： Maxwell 3D Solution TypeElectrostatic,內(nèi)芯建模： Draw Cylinder 輸入內(nèi)芯底面圓心坐標（0，0，-4）mm 輸入內(nèi)芯半

6、徑：dy = 0.6mm 輸入內(nèi)芯長度：dz = 25mm,圓心坐標,內(nèi)芯半徑,內(nèi)芯長度,2.設置材料屬性,雙擊,雙擊改名：Inner,單擊設置材料 ：copper,單擊改模型顏色,繼續(xù)建模：繪制外層屏蔽層模型,選中已建立的Inner模型，Ctrl+C， Ctrl+V,雙擊修改模型尺寸,同理，建立第3個圓柱體，半徑改為1mm，命名為Air，材料：vacuum,建立第2個圓柱體，命名為Outer，材料：Copper,從Outer模型中減去Air模型，得到外層屏蔽層模型。,繼續(xù)建模：繪制外層屏蔽層模型,從Outer模型中減去Air模型，得到外層屏蔽層模型。,選中Outer模型和Air模型： Edi

7、t Select By Name,Shift+鼠標左鍵,繼續(xù)建模：繪制外層屏蔽層模型,從Outer模型中減去Air模型，得到外層屏蔽層模型。,Modeler Boolean Subtract,Blank Parts: Outer; Tool Parts: Air,建模完畢,3.設置激勵源,激勵源：內(nèi)芯電壓：-1kV；外屏蔽層電壓1kV,選中Inner模型,設置電壓-1kV,Maxwell 3D Excitations Assign Voltage.,選中Outer模型,設置電壓1kV,4.設置計算參數(shù)（可選）,計算參數(shù),Force，力（虛位移法）,Torque，轉(zhuǎn)矩,Matrix，矩陣參數(shù)（對

8、于靜電場問題：部分電容參數(shù)矩陣）,計算電容值：Maxwell 3D Parameters Assign Matrix,部分電容,靜電獨立系統(tǒng) D 線從這個系統(tǒng)中的帶電體發(fā)出，并終止于該系統(tǒng)中的其余帶電體，與外界無任何聯(lián)系，即系統(tǒng)中，總凈電荷為0。,Capacitance Matrix 部分電容矩陣,4導體靜電獨立系統(tǒng),4.設置計算參數(shù)（可選）,Maxwell 3D Parameters Assign Force- Virtual force,計算內(nèi)芯受力,選中Inner模型,5.設置自適應求解器收斂判據(jù),Maxwell 3D Analysis Setup Add Solution Setup,

9、最大迭代循環(huán)次數(shù)：10,誤差： 5%,每次迭代加密剖分比例：50%,6.檢驗所有設置是否正確,單擊,7.求解,單擊,8.查看收斂結(jié)果,Maxwell 3D Results Solution Data,電場力,收斂 特性,電容矩陣,9.后處理,在直接計算量的基礎上得到間接計算量，將結(jié)果以圖形的形式顯示,顯示橫截面電場幅值分布圖,在history tree窗口中 選中Plane： Global:XY,在Project manage窗口中 Field Overlays，右鍵單擊 Fields E Mag_E,顯示橫截面電場矢量圖,在Project manage窗口中 Field Overlays，右

10、鍵單擊 Fields E E_Vector,在history tree窗口中 選中Plane： Global:XY,9.后處理,顯示剖分結(jié)果圖,在Project manage窗口中 Field Overlays，右鍵單擊 Fields Plot Mesh,選中模型Inner，Outer,9.后處理,導出電場強度E 的數(shù)據(jù),1. Maxwell 3D Fields Calculator,2. Quantity E,3. Geometry All objects,4. Domain,導出電場強度E 的數(shù)據(jù),5. Export,數(shù)據(jù)保存路徑：英文目錄 可用寫字板打開,導出電場強度E 的數(shù)據(jù),Grid Output Min: -0.002 -0.002 0 Max: 0.002 0.002 0.001 Grid Size: 0.0001 0.0001 0.001 Vector data Domain(Volume(AllObjects), )“ -2.0000