ANSYS-Maxwell瞬态分析案例.doc

1.Maxwell 2D: 金属块涡流损耗（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。（2） 建立电磁分析1. 双击Workbench平台左侧的ToolboxAnalysis SystemsMaxwell 2D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 2DSolution Type命令，弹出Solution Type对话框(1) Geometry Mode:Cylinder about Z(2) Magnetic:Transient(3) 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. 选择菜单栏中DrawRectangle 命令，创建长方形在绝对坐标栏中输入：X=500，Y=0，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=20，dY=0，dZ=500，并按Enter键2. 选中长方形，选择菜单栏中EditDuplicate along line命令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=50，dY=0，dZ=0，并按Enter键弹出Duplicate along line对话框，在对话框中Total Number:3，然后单击OK按钮。3. 选中3个长方形右击，在快捷菜单中选择Assign Material命令，在材料库中选择Aluminum，然后单击OK按钮。（4） 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=500，并单击OK按钮。（5） 添加激励1. 选中Rectangle1右击，在快捷菜单中选择Assign ExcitationsCoil命令，弹出Coil Excitations对话框，在对话框中填入以下内容：(1) Name：CoilTerminal1(2) Number of Conductors：100(3) 单击OK按钮2. 选中Rectangle1右击，在快捷菜单中选择Assign ExcitationsAdd Winding命令，弹出Winding对话框，在对话框中填入以下内容：(1) Name:Winding_A(2) Type:Current(3) Stranded:Checked(4) Current:50*sin(2*PI*50*Time)(5) 单击OK按钮3. 在Project manager菜单下，右击ExcitationsWinding1Add Coils命令，选中Rectangle1行，然后单击OK按钮。4. 同样操作其余2个绕组(1) Rectangle2：Number of Conductors：90Stranded:CheckedCurrent:54*sin(2*PI*50*Time)(2) Rectangle3：Number of Conductors：80Stranded:CheckedCurrent:58*sin(2*PI*50*Time)5. 选择求解域的3个边界（除Z轴上的线外），依次单击菜单栏中的Maxwell 2DBoundaries AssignBallon命令（6） 网格划分1. 选中3个几何，依次单击菜单栏中的Maxwell 2DMesh OperationsInside SelectionLength Based命令，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) Maximum Length of Elements:5mm(4) *：Restrict the Number of Elements(5) 单击OK按钮2. 选中求解域，依次单击菜单栏中的Maxwell 2DMesh OperationsAssignInside SelectionLength Based命令，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) Maximum Length of Elements:50mm(4) *：Restrict the Number of Elements(5) 单击OK按钮3. 划分网格，依次单击菜单栏中的Maxwell 2DAnalysis SetupApply Mesh Operations命令。4. 显示网格，选中几何，依次单击菜单栏中的Maxwell 2DFieldPlot Mesh命令，然后单击OK按钮。5. 单击工具栏中的（Solution data）图标，可以显示网格数量。（7） 求解计算1. 依次选择菜单栏中Maxwell 2DAnalysis SetupAdd Solution Setup命令，此时弹出Solution Setup对话框，在对话框中填入以下内容：(1) General：Stop Time：0.2sTime Step：0.002s(2) Save Field：Start:0sStop:0.2sStep:0.002s点击Add to List(3) 单击OK按钮2. 依次选择菜单栏中的Maxwell 2DValidation Check命令，此时弹出的对话框中，如果全部项目都有P说明前处理操作没有问题；如果有O弹出，则需要重新检查模型；如果有！出现，则不会影响计算。3. 依次选择Maxwell 2DAnalyze All命令，此时程序开始计算。（8） 云图显示（Fields）1. 双击左下角Time=-1；任意选择时间节点，然后单击OK按钮。2. 选中所有几何，依次选择菜单栏中的Maxwell 2DFieldsFieldsAFlux line命令，显示磁力等值线图；选中所有几何，依次选择菜单栏中的Maxwell 2DFieldsFieldsHH_Vector命令，显示磁矢量图；选中所有几何，依次选择菜单栏中的Maxwell 2DFieldsFieldsHMag_H命令，显示磁场分布图。（9） 图表显示（Results）1. 依次选择菜单栏中的Maxwell 2DResultsCreate Transient ReportRectangular Plot命令，在弹出的Reports对话框中做如下设置：(1) 在Category中选择Winding(2) 在Quantity中选择Input Current(Winding1)、Input Current(Winding2)、Input Current(Winding3)选项(3) 单击New Report按钮(4) 显示3个电流随时间变化的曲线图2. 依次选择菜单栏中的Maxwell 2DResultsCreate Transient ReportRectangular Plot命令，在弹出的Reports对话框中做如下设置：(1) 在Category中选择Winding(2) 在Quantity中选择Induced Voltage(Winding1)、Induced Voltage(Winding2)、Induced Voltage(Winding3)选项(3) 单击New Report按钮(4) 显示输入电压随时间变化的曲线图3. 依次选择菜单栏中的Maxwell 2DResultsCreate Transient ReportRectangular Stacked Report命令，在弹出的Reports对话框中做如下设置：(1) 在Category中选择Winding(2) 在Quantity中选择Input Current(Winding1)、Input Current(Winding2)、Input Current(Winding3)选项(3) 单击New Report按钮(4) 显示3个电流随时间变化的曲线图2.Maxwell 3D:基本瞬时源（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“BE_Trans_Sources”（2） 建立电磁分析1. 双击Workbench平台左侧的ToolboxAnalysis 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Transient，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. 选择菜单栏中DrawRegular Polyhedron命令，创建正多面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=2，dY=2，dZ=20，并按Enter键。2. 此时左上角会弹出Segment Number对话框(1) Number of Segments:24(2) 单击OK按钮3. 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，在对话框中填入以下内容：(1) Name栏中将Value改成Core(2) Material栏中将Value展开选择Edit，选择ferrite作为芯的材料(3) 其余保持默认值4. 选择菜单栏中DrawRegular Polyhedron命令，创建正多面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=3，dY=3，dZ=20，并按Enter键。5. 此时左上角会弹出Segment Number对话框(1) Number of Segments:24(2) 单击OK按钮6. 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(1) Name栏中将Value改成Core(2) Material栏中将Value展开选择Edit，选择copper作为线圈的材料(3) 其余保持默认值7. 选中所有几何并单击工具栏中的按钮，对几何进行减运算，此时弹出Subtract对话框(1) 在Blank Parts中选中Coil实体(2) 在Tool Parts中选中Core实体(3) ：Clone tool objects before operation(4) 单击OK按钮8. 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YZ并单击OK按钮，此时几何生成个截面，将结果表的名称为Terminal。9. 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。10. 右击Terminal_Separate1命令，在弹出的快捷菜单中依次选择EditDelete命令。（4） 添加激励1. 选择菜单栏中Maxwell 3DDesign Datasets命令，弹出Datasets对话框，在对话框中选择Add，此时弹出Add Datasets对话框，在对话框中填入以下内容： Name: DSet_A Coordinates: (1) X1 = 0 Y1 = 0 (2) X2 = 250e-6 Y2 = 1 (3) X3 = 750e-6 Y3 = -1 s(4) X4 = 1e-3 Y4 = 0 单击OK和Done按钮2. 选择菜单栏中Maxwell 3DExcitationsAdd Winding命令，弹出Winding对话框，在对话框中填入以下内容：(1) Name:Winding_A(2) Type:Voltage(3) Stranded:Checked(4) Initial Current:0 A(5) Resistance:25 ohm(6) Inductance:0 H(7) Voltage:50+25*sin(2*PI*50*Time)+5*pwl_periodic(DSet_A,Time)(8) 单击OK按钮3. 在模型树种选中Terminal，依次单击菜单中的Maxwell 3DExcitationsAssignCoil Terminal命令，弹出Current Excitation对话框，在对话框中填入以下内容：(1) Name：CoilTerminal1(2) Number of Conductors：150(3) 单击OK按钮4. 在Project manager中展开Excitations，右击Coil Terminal1，在弹出的快捷菜单中选择Add to Winding命令，此时会弹出Add to Winding对话框，选择Winding_A，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=500，并单击OK按钮。（6） 网格划分1. 选中Core几何，依次单击菜单栏中的Maxwell 3DMesh OperationsAssignOn SelectionLength Based命令，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2. 选中Coil几何，依次单击菜单栏中的Maxwell 3DMesh OperationsAssignOn SelectionLength Based命令，此时弹出Element Length Based Refinement对话框，在对话框中填入以下内容：(1) Name:Length2(2) *：Restrict Length Of Elements(3) ：Restrict the Number of Elements(4) Maximum Number of Elements:1000(5) 单击OK按钮（7） 求解计算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，在对话框中的Stop Time栏中输入20 ms，在Time Step栏中输入100 us，然后单击OK按钮。2. 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P说明前处理操作没有问题；如果有O弹出，则需要重新检查模型；如果有！出现，则不会影响计算。3. 依次选择Maxwell 3DAnalyze All命令，此时程序开始计算。（8） 图表显示（Results）1. 依次选择菜单栏中的Maxwell 3DResultsCreate Transient ReportRectangular Plot命令，在弹出的Reports对话框中做如下设置：(1) 在Category中选择Winding(2) 在Quantity中选择Input Current(Winding_A)选项(3) 单击New Report按钮(4) 显示电流随时间变化的曲线图2. 依次选择菜单栏中的Maxwell 3DResultsCreate Transient ReportRectangular Plot命令，在弹出的Reports对话框中做如下设置：(1) 在Category中选择Winding(2) 在Quantity中选择Input Voltage(Winding_A)选项(3) 单击New Report按钮(4) 显示输入电压随时间变化的曲线图（9） 设置外部激励电路1. 添加电路设计(1) 在Project manager中，选中“BE_Trans_Sources”右击，单击Copy(2) 在Project manager中，选中项目名右击，单击Paste，并重命名为“BE_Trans_Circuit”2. 修改Winding设置在Project Manager中展开Excitations，双击Winding_A，弹出Winding对话框，在对话框中设置：(1) Name:Winding_A(2) Type:External(3) Stranded:Checked(4) Initial Current:0 A(5) 单击OK按钮3. 创建外部电路(1) 选择菜单栏中Maxwell 3DExcitationsExternal CircuitEdit External Circuit命令，弹出Edit External Circuit对话框，在对话框中选择Edit Circuit，将启动Maxwell Circuit Editor窗口。(2) 点击Project Manager下的Components子栏，右上角出现Component Manager栏(3) 选择Maxwell Circuit ElementsSourcesVsin命令，将Vsin元件拖到绘图区域，按ESC键退出或右键Finish，双击组件以修改其属性，其中Va=100 V，VFreq=50 Hz(4) 再添加一个Vsin元件，设置Va=100V，VFreq=1000 Hz(5) 放置电阻，选择Maxwell Circuit ElementsPassive ElementsRes命令，将Res元件拖到绘图区域，按ESC键退出或右键Finish，将电阻值改为25欧。(6) 选择Maxwell Circuit ElementsProbesVoltmeter命令,将Voltmeter元件拖到绘图区域(7) 连接各元件：DrawWire(8) 放置参考地：DrawGround，连接Ground(9) 导出电路的网络连接表选择菜单栏中FileSave,将文件保存为：“WS5_Basic Transient_Circuit”，选择菜单栏中Maxwell CircuitExport Netlist命令，将文件保存为：“WS5_Basic Transient_Circuit.sph”。4. 在Maxwell 3D下设置外部激励返回Maxwell窗口，在Edit External Circuit对话框，单击Cancel，然后单击Import Circuit，导入“WS5_Basic Transient_Circuit.sph”文件，单击OK按钮。5. 依次选择Maxwell 3DAnalyze All命令，此时程序开始计算。（10） 电压和电流图表显示（Results）以前的设计仍将存在，但是电压图没有参考，因为输入电压没有被应用，而是从电路中接收到。在Project manager中双击plot(1) 在Category中改变为Node Voltage(2) 在Quantity中改变为Node Voltage(3) 单击Apply Trace按钮(4) 显示输入电压随时间变化的曲线图3.Maxwell 3D:分析电机定子转子中的磁场和电流计算如下图所示电机转子中的磁场分布，线圈激励采用脉冲波形。（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 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Innerarm：Eddy Effects（8） 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，在对话框中设置如下：(1) General：Stop time0.06sTime step0.005s(2) Save Field:TypeLinear stepStart0.001Stop0.056Step0.005Add to list(3) 单击OK按钮2. 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P说明前处理操作没有问题；如果有O弹出，则需要重新检查模型；如果有！出现，则不会影响计算。3. 依次选择Maxwell 3DAnalyze All命令，此时程序开始计算。（9） 后处理（Fields）1. 绘制模型中间对称面上磁体中的磁场强度矢量图(1) 选中Innerarm和Outer_arm模型，依次选择ModelerListCreateObject List命令(2) 选择菜单栏中ViewSet Solutions Context命令，弹出Set Solutions Context对话框，在对话框中设置后处理结果的时间间隔，Time0.01，然后单击OK按钮。(3) 将工作坐标设为局部相对坐标系，在模型树中展开Planes，选中RelativeCS1:XY(4) Field OverlaysFieldsBB_VectorQuanticyB_VectorIn VolumeObjectlist12. 绘制模型中间对称面上磁体中的电流强度幅值图同样选中Innerarm模型，绘制模型中间对称面上磁体中的电流强度幅值图，依次选择菜单栏中的Maxwell 3DFieldsFieldsJMag_J命令。图中明显可以看出电流的趋肤效应3. 绘出激励电流随时间变化的曲线选择菜单栏中ResultsCreate Transient ReportRectangular Plot命令(1) 在Category中选择Winding(2) 在Quantity中选择Current(Winding1)选项(3) 单击New Report按钮(4) 显示电流随时间变化的曲线图4. 绘出转子力矩随时间变化的曲线选择菜单栏中ResultsCreate Transient ReportRectangular Plot命令，Setup1：Transient；Parameter：Moving1；X:Default；Category：Torque；Quantity：Torque；单击New Report4.Maxwell 3D:Stranded Conductors （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 ElectromagneticsANSYS Electromagnetics Suite 15.0Windows 64-bitMaxwell 3D命令，进入Maxwell软件界面。2. 设置工具选项（Tool Options）(1) 选择菜单栏中ToolsOptionsMaxwell 3D Options命令，弹出Maxwell Options对话框：Use Wizards for data input when creating new boundaries：Duplicate boundaries/mesh operations with geometry单击OK按钮(2) 选择菜单栏中ToolsOptionsModeler Options命令，弹出Modeler Options对话框Operation：Automatically cover closed polylinesDisplay：Default transparency=0.8Drawing：Edit property of new primitives单击OK按钮3. 打开已有文件选择菜单栏中FileOpen命令，选择Ex_5_3_Stranded_Conductors.mxwl并打开4. 选择菜单栏中Maxwell 3DSolution Type命令，弹出Solution Type对话框(1) Magnetic:Transient(2) 单击OK按钮5. 保存文件选择菜单栏中FileSave命令，将文件保存名为“Ex_7_1_Transient_Reluctance_Motor”6. 删除Excitations（2） 设置激励1. 在模型树种展开Sheets选中所有的sheet对象，选择菜单栏中Maxwell 3DExcitationsAssignCoil Terminal命令，弹出Coil Terminal Excitation对话框，在对话框中填入以下内容：(1) Name：CoilTerminal1(2) Number of Conductors：150(3) 单击OK按钮2. 选择菜单栏中Maxwell 3DExcitationsAdd Winding命令，弹出Winding对话框，在对话框中填入以下内容：(1) Name:Winding1(2) Type:Voltage(3) Stranded:Checked(4) Initial Current:0 A(5) Resistance:2.3 ohm(6) Inductance:0 H(7) Voltage:120 V(8) 单击OK按钮3. 在Project manager中展开Excitations，右击Winding1，在弹出的快捷菜单中选择Add Terminals命令，此时会弹出Add Terminals对话框，选择Coil Terminal_1和Coil Terminal_2，然后单击OK按钮。同样设置相同的WindingsWinding2Coil Terminal_3和Coil Terminal_4Winding3Coil Terminal_5和Coil Terminal_6Winding4Coil Terminal_7和Coil Terminal_8（3） 网格划分（Assign Mesh Operations）注意：瞬态求解器不能使用自适应网格1. 选中Coils几何，依次单击菜单栏中的Maxwell 3DMesh OperationsAssignInside SelectionLength Based命令，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:16000(2000/tets per coil)(5) 单击OK按钮2. 选中Stator和Rotor几何，依次单击菜单栏中的Maxwell 3DMesh OperationsAssignInside SelectionLength Based命令，此时弹出Element Length Based Refinement对话框，在对话框中填入以下内容：(6) Name:Length2(7) *：Restrict Length Of Elements(8) ：Restrict the Number of Elements(9) Maximum Number of E