Maxwell瞬态场仿真实例.doc

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1、MAXWELL 3D 12.0 BASIC EXERCISES1. 静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真平板电容器模型描述：上下两极板尺寸：25mm25mm2mm，材料：pec（理想导体）介质尺寸：25mm25mm1mm，材料：mica（云母介质）激励：电压源，上极板电压：5V，下极板电压：0V。要求计算该电容器的电容值1.建模（Model）Project Insert Maxwell 3D DesignFileSave asPlanar Cap（工程命名为“Planar Cap”）选择求解器类型：Maxwell Solution Type Electric Electrostatic创建下

2、极板六面体Draw Box（创建下极板六面体）下极板起点：（X,Y,Z）（0, 0, 0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（0, 0, 2）将六面体重命名为DownPlateAssign Material pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建上极板六面体Draw Box（创建下极板六面体）上极板起点：（X,Y,Z）（0, 0, 3）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（0, 0, 2）将六面体重命名为UpPlateAssign Material pec（设置材料为理想导体p

3、erfect conductor）创建中间的介质六面体Draw Box（创建下极板六面体）介质板起点：（X,Y,Z）（0, 0, 2）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（0, 0, 1）将六面体重命名为mediumAssign Material mica（设置材料为云母mica，也可以根据实际情况设置新材料）创建计算区域（Region）Padding Percentage：0%忽略电场的边缘效应（fringing effect）电容器中电场分布的边缘效应2.设置激励（Assign Excitation）选中上极板UpPlate,Maxwell 3D

4、 Excitations Assign Voltage 5V选中下极板DownPlate,Maxwell 3D Excitations Assign Voltage 0V3.设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 3D Parameters Assign Matrix Voltage1, Voltage24.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D Analysis Setup Add Solution Setup最大迭代次数：Maximum number of passes 10误差要求： Percent

5、 Error 1%每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass 50%5. Check & Run6. 查看结果Maxwell 3D Reselts Solution data Matrix电容值：31.543pF2. 恒定电场问题实例：导体中的电流仿真恒定电场：导体中，以恒定速度运动的电荷产生的电场称为恒定电场，或恒定电流场（DC conduction）恒定电场的源：（1）Voltage Excitation，导体不同面上的电压（2）Current Excitations，施加在导体表面的电流（3）Sink（汇），一种吸收电流的设置，确保每个导体流入的电流等于流出的电流。

6、只有在不使用Voltage Excitation时，才用Sink。保证DC conduction求解器：不计算导体外的电场，计算时，不考虑材料的介电常数参数。例：绘出如下图所示导体结构中的电流流向图1.建模（Model）Project Insert Maxwell 3D DesignFileSave asPlanar Cap（工程命名为“DC Conduction”）选择求解器类型：Maxwell Solution Type Electric DC Conduction创建导体ConductorDraw Box起点：（X,Y,Z）（1, -0.6, 0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（1, 0

7、.2,0.2）将六面体重命名为ConductorAssign Material Copper（设置材料为铜）创建另3个并列的导体Select ConductorEdit Duplicate Along Line（沿线复制）输入line矢量的第1个点：（0，0，0）输入line矢量的第2个点：（0，0.4，0）输入复制总数：4（包括原导体）创建导体Conductor_4Draw Box起点：（X,Y,Z）（0.8, -1, 0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（0.2, 2.2,0.2）将六面体重命名为Conductor_4Assign Material Copper（设置材料为铜）创建导体Con

8、ductor_5Draw Box起点：（X,Y,Z）（0.8, -0.4, 0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（-1.2, 0.2,0.2）将六面体重命名为Conductor_5Assign Material Copper（设置材料为铜）创建导体Conductor_6Select Conductor_5Edit Duplicate Mirror（镜像复制）输入对称镜像平面法向量在平面中的第1点坐标：（0，0，0）输入对称镜像平面法向量在平面外的第2点坐标：（0，1，0）上述设置表示镜像平面为XOZ平面将六面体重命名为Conductor_6创建导体Conductor_7Draw Box起点：（X

9、,Y,Z）（-0.4，0.6，0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（-0.4, -1.2,0.2）将六面体重命名为Conductor_sinkAssign Material Copper（设置材料为铜）创建计算区域（Region）Padding Percentage：10%2.设置激励（Assign Excitation）按f，将体选择改为面选择2.1 设置电流注入源选中如下图所示6个面Maxwell 3D Excitations Assign Current 1AMaxwell 在上述6个面上产生6个输入电流激励源2.2设置电流汇（Current Sink）选中Current_sink导体的下

10、列2侧面Maxwell 3D Excitations Assign Sink3.设置剖分操作（Assign Mesh Operations）选中所有物体，Ctrl+AMaxwell 3D Mesh operations Assign Inside Selection Length Based不选Restrict length of elements选中Restrict the number of elements输入maximum number of elements：10000（设置剖分单元的最大数量）4.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D

11、Analysis Setup Add Solution SetupDefault5. Check & Run6. 后处理绘出导体中的电流流向图选中所有导体Maxwell 3D Fields Fields J J_Vector调节矢量箭头尺寸3. 恒定磁场问题实例：恒定磁场力矩计算 计算如下图所示永磁体模块在线圈磁场中所受力矩。1.建模（Model）Project Insert Maxwell 3D DesignFileSave asMagnetostatic（工程命名为“Magnetostatic”）选择求解器类型：Maxwell Solution Type Electric Magnetos

12、tatic创建线圈Draw Regular Polygon（创建线圈横截面）中心点坐标： （X,Y,Z）（0, 5, 0）设置截面半径：（dX,dY,dZ）（0.5, 0,0）截面多边形边数：Number of Segments: 12将多边形重命名为Coil选中CoilDraw Sweep Around Axis（设置如下）Assign Material copper（设置材料为铜）创建永磁体模型Draw Box（创建下极板六面体）起点：（X,Y,Z）（-3, -0.5, -0.5）坐标偏置：（dX,dY,dZ）（6,1,1）将六面体重命名为MagnetAssign Material NdF

13、e35（设置材料为NdFe35铷铁硼材料）设置磁体的磁化方向（X,Y,Z）（1,0,0）（磁体沿x轴正方向磁化）创建激励电流加载面（Create Section）Select CoilModeler Surface SectionModeler Boolean Separate Bodies（分离两Section面）删除1个截面Select 1个截面，Del将剩下的1个截面重命名为“Section1”旋转线圈和激励电流加载面选中 Coil和Section1创建计算区域（Region）Draw RegionPadding Percentage：100%2.设置激励（Assign Excitati

14、on）选中线圈截面：Section1Maxwell 3D Excitations Assign Current Name: Current1Value: 100Type: Stranded3.设置计算参数（Assign Executive Parameter）选中 MagnetMaxwell 3D Parameters Assign Torque Name: Torque1Type: VirtualAxis: Global:Z, Positive4.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D Analysis Setup Add Solution Se

15、tup最大迭代次数：Maximum number of passes ： 15误差要求： Percent Error: 1%每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass : 30%5. Check & Run6. 查看结果Maxwell 3D Reselts Solution data Torque力矩：-2.9288E-005 (Nm)XOY平面磁场强度幅值分布图XOY平面磁场强度方向矢量图4. 参数扫描问题实例：恒定磁场力矩计算 计算如下图所示铁块所受线圈磁场的作用力。要求对线圈中的电流和铁块的高度做参数扫描，计算不同设置值时，作用力的大小。1.建模（Model）Pro

16、ject Insert Maxwell 3D DesignFileSave as Parametric（工程命名为“Parametric”）选择求解器类型：Maxwell Solution Type Magnetostatic创建线圈 Draw Regular Polyhedron（创建多边形柱体1）Center Position（中心点坐标）： （X,Y,Z）（0, 0, 0）mmStart Position（起点坐标）：（X,Y,Z）（1.25, 0,0）mmAxis（对称轴）：ZHeight（柱体高度）：0.8mm多边形边数：Number of Segments: 36将多边形重命名为P

17、olyhedron1选中Polyhedron1（创建多边形柱体2）CTRL_C，CTRL_V修改相关设置Center Position（中心点坐标）： （X,Y,Z）（0, 0, 0）mmStart Position（起点坐标）：（X,Y,Z）（1, 0,0）mmAxis（对称轴）：ZHeight（柱体高度）：0.8mm多边形边数：Number of Segments: 36将多边形重命名为Polyhedron2创建线圈选中Polyhedron1，Polyhedron2Modeler Boolean SubtractBlank Park: Polyhedron1Tool Park: Polyh

18、edron2将Polyhedron1重命名为CoilAssign Material copper（设置材料为铜）创建铁块模型Draw Box任意创建一个6面体尺寸参数设置如下：注意：ZSize参数的值为：“SlugHeight”将六面体重命名为SlugAssign Material iron（设置材料为iron）创建计算区域（Region）Draw RegionPadding Percentage：200%创建激励电流加载面（Create Section）Select CoilModeler Surface SectionSection Plane: YZ平面Modeler Boolean S

19、eparate Bodies（分离两Section面）删除1个截面Select 1个截面，Del将剩下的1个截面重命名为“Section1”2.设置激励（Assign Excitation）选中线圈截面：Section1Maxwell 3D Excitations Assign Current Value: AmpTurnsType: Stranded（线形激励电流）3.设置计算参数（Assign Executive Parameter）选中 SlugMaxwell 3D Parameters Assign Force Name: Force 1Type: Virtual4.设置自适应计算参数

20、（Create Analysis Setup）Maxwell 3D Analysis Setup Add Solution Setup最大迭代次数：Maximum number of passes ： 5误差要求： Percent Error: 1%每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass : 30%5. 创建参数扫描设置Maxwell 3D Optimetrics Analysis Add Parametric点击Add，创建扫描参数variable选择： SlugHeight linear stepStart =1, Stop =2, Step = 0.5点击Add

21、 按键将SlugHeight的扫描设置添加到右边空白栏variable选择： AmpTurns （设置安匝数的扫描）linear stepStart =100, Stop =200, Step =50点击Add 按键将AmpTurns的扫描设置添加到右边空白栏点击OK.点击 Calculations子菜单点击 Setup Calculations点击Add CalculationsSetup1出现在Setup Sweep Analysis菜单中点击Done在Options 子菜单中选中如下设置“Save Field and Mesh ” :在每一步参数扫描计算后，保存相应的计算场量和剖分信息，

22、一般，系统为节约内存，默认不保存。“Copy geometrically equivalent meshes” 在下次计算中，可重复使用上次计算时未变形的模块的剖分数据。一般来说，频率扫描时，不推荐使用该选项，因为Ansoft的剖分算法是与频率相关的。5. Check 6.计算在Project Manager 窗口Optimetrics右键点击 ParametricSetup1选择 Analyze7. 查看结果右键点击 ParametricSetup1选择View Analysis Result在Project Manager 窗口右键点击Create Report设置参数如下：点击New R

23、eport5. 恒定磁场实例：三相变压器电感计算计算如下图所示变压器绕组的电感。（学习半对称模型的使用half-symmetry）1.建模（Model）Project Insert Maxwell 3D DesignFileSave as Inductance （工程命名为“Inductance”）选择求解器类型：Maxwell Solution Type Magnetostatic改变作图单位Modeler Units Select Units: in (inches)创建变压器铁芯框架 Draw BoxPosition： （-1,-6,0）Box尺寸：（XSize, YSize, ZSiz

24、e）（2,12,10）Draw BoxPosition： （-1,1 ,2）Box尺寸：（XSize, YSize, ZSize）（2,3,6）选中Box2Edit Duplicate Around AxisAxis: ZAngle: 180 degTotal number: 2选中Box1 ，Box2，Box2_1Modeler Boolean SubtractBlank Parts: Box1Tool Parts: Box2，Box2_1不要选：“Clone tool objectsbefore subtracting”Draw Box（创建Gap）选中Box1 ，Box3Modeler

25、Boolean SubtractBlank Parts: Box1Tool Parts: Box3不要选：“Clone tool objectsbefore subtracting”选中Box1Modeler Boolean Separate Bodies将分离后的模型分别重命名为：“Core_E”（原Box1）和“Core_I”将两者的材料重设为：“steel_1008”创建线圈Modeler Grid Plane YZDraw Rectangle设置如下：Modeler Grid Plane XYDraw Rectangle设置如下：选中Rectangle2Modeler Delete L

26、ast Operation（形成Rectangle1围绕的轨迹）选中Rectangle1，Rectangle2Draw Sweep Along PathAngle of twist: 0degDraft Angle: 0degDraft type: Round选中Rectangle1Edit Duplicate Along Line（X,Y,Z）（ 0, 0, 0）（dX,dY,dZ）（0, 0, 1.925）Total Number: 3选中Rectangle1, Rectangle1_1, Rectangle1_2Edit Duplicate Along Line（X,Y,Z）（ 0, 0

27、, 0）（dX,dY,dZ）（0, 5,0）Total Number: 3将Rectangle1, Rectangle1_1和 Rectangle1_2重命名为：Coil_left, Coil_left_1, Coil_left_2将中间柱上线圈重命名为：Coil_mid, Coil_ mid _1, Coil_ mid _2将右边柱上线圈重命名为：Coil_right, Coil_ right _1, Coil_ right _2将所有Coil的材料改为Copper创建激励电流加载面（Create Section）选中所有线圈Modeler Surface Section选中YZ平面Mode

28、ler Boolean Separate BodiesEdit Delete（删除多余的面）将左边柱上的截面重命名为：Section1, Section2 , Section3将中间柱上的截面命名为：Section4, Section5 , Section6将右边柱上的截面命名为：Section7, Section8 , Section9创建计算区域（Region）Draw Region2.设置激励（Assign Excitation）选中左边柱上线圈截面：Section1, Section2 , Section3Maxwell 3D Excitations Assign Current Na

29、me: PhaseAValue: -0.5*MagType: Stranded确认，弹出Add Variable窗口Variable：Mag Value: 30A选中中间柱上线圈截面：Section4, Section5 , Section6Maxwell 3D Excitations Assign Current Name: PhaseBValue: MagType: Stranded选中右边柱上线圈截面：Section7, Section8 , Section9Maxwell 3D Excitations Assign Current Name: PhaseCValue: -0.5*Mag

30、Type: Stranded3.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D Analysis Setup Add Solution Setup最大迭代次数：Maximum number of passes ： 10误差要求： Percent Error: 1%每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass : 30%设置非线性残差：nonlinear residual: 0.0014.设置计算参数（Assign Executive Parameter）设置参数Matrix1Maxwell Parameters Assign Matri

31、x弹出Matrix 窗口在Setup子菜单下，include栏中确认打钩在Post Processing子菜单下，Turns栏中全部改为30选中PhaseA_1, PhaseA_2, PhaseA_3 点击按键：Group -将Group名改为PhaseA选中PhaseB_1, PhaseB_2, PhaseB_3 点击按键：Group -将Group名改为PhaseB选中PhaseC_1, PhaseC_2, PhaseC_3 点击按键：Group -将Group名改为PhaseC如下图所示：每个线圈有30匝，在同一个柱上的3个线圈是串联连接。设置参数Matrix2Maxwell Param

32、eters Assign Matrix弹出Matrix 窗口在Setup子菜单下，include栏中确认打钩在Post Processing子菜单下，Turns栏中全部改为15选中PhaseA_1, PhaseA_2, PhaseA_3 点击按键：Group -将Group名改为PhaseA选中PhaseB_1, PhaseB_2, PhaseB_3 点击按键：Group -将Group名改为PhaseB选中PhaseC_1, PhaseC_2, PhaseC_3 点击按键：Group -将Group名改为PhaseCBranches全部改为3如下图所示：每个线圈有15匝，在同一个柱上的3个线

33、圈是串联连接。5. Check & Run6. 查看结果Parameters Matrix(点击右键)选择：View Solution继续仿真（根据模型的对称特点重新建模）1.创建对称模型右键点击Project Manager窗口中的MaxwellDesign1Copy右键点击Project Manager窗口中的inductancePaste拷贝了原工程Ctrl+A选中所有物体将原模型以YZ平面为对称面劈开，保留X轴正半轴的部分。Modeler Boolean SplitSplit Plane : YZKeep Fragments: Positive sideSplit Objects: S

34、plit entire selection2.修改计算区域Draw Region+X: 800-X: 03.设置激励将模型旋转到Split面朝外按“f”键，切换选择方式为：面选择选中最右边的线圈截面Maxwell Excitations Assign CurrentBase Name: PhaseA_inValue: -0.5*MagType: Stranded选中最右边线圈的另一截面：Maxwell Excitations Assign CurrentBase Name: PhaseA_outValue: -0.5*MagType: Stranded点击 Swap Direction ，保证

35、电流的方向是流出截面。选中中间的线圈截面Maxwell Excitations Assign CurrentBase Name: PhaseB_inValue: MagType: Stranded选中中间线圈的另一截面：Maxwell Excitations Assign CurrentBase Name: PhaseB_outValue: MagType: Stranded点击 Swap Direction，保证电流的方向是流出截面。选中最左边的线圈截面Maxwell Excitations Assign CurrentBase Name: PhaseC_inValue: -0.5*MagT

36、ype: Stranded选中最左边线圈的另一截面：Maxwell Excitations Assign CurrentBase Name: PhaseC_outValue: -0.5*MagType: Stranded点击 Swap Direction ，保证电流的方向是流出截面。激励设置完毕4.设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell Parameters Assign Matrix弹出Matrix 窗口在Setup子菜单下，include栏中确认打钩在Post Processing子菜单下，Turns栏中全部改为30选中PhaseA_in_1,

37、PhaseA_ in_2, PhaseA_ in_3 点击按键：Group -将Group名改为PhaseA选中PhaseB_ in_1, PhaseB_ in_2, PhaseB_ in_3 点击按键：Group -将Group名改为PhaseB选中PhaseC_ in_1, PhaseC_ in_2, PhaseC_ in_3 点击按键：Group -将Group名改为PhaseC5. Check & Run6. 查看结果Parameters Matrix(点击右键)选择：View Solution计算结果为原来的一半，因为模型也是原来的一半。6. 永磁体磁化方向设置：局部坐标系的使用 绘

38、制4个同样形状的环状永磁体，对其设置不同的磁化方向，显示每个永磁体磁环的磁场分布。1.建模（Model）Project Insert Maxwell 3D DesignFileSave as Magnet（工程命名为“Magnet”）选择求解器类型：Maxwell Solution Type Magnetostatic右键点击项目管理器中的MaxwellDesign1，重命名为Ring01创建第1个磁环 Draw Regular Polyhedron（创建多边形柱体1）输入center position：（X,Y,Z）: （0, 0, -4）输入圆柱体的半径和高度：（dX,dY, dZ）: （

39、40, 0, 8）Number of segments ：36将RegularPolyhedron1重命名为Ring01_1，颜色改为blueDraw Regular Polyhedron（创建多边形柱体2）输入center position：（X,Y,Z）: （0, 0, -4）输入圆柱体的半径和高度：（dX,dY, dZ）: （30, 0, 8）Number of segments ：36将RegularPolyhedron1重命名为Hole选中Ring01_1和Hole（用Ring01_1减去Hole，得到圆环柱）Modeler Boolean SubtractBlank Parts:

40、Ring01_1Tool Parts: Hole2. 设置磁环Ring01_1的材料 选中Ring01_1Assign MaterialAdd MaterialMaterial Name Mag01Material Coordinate System CylindricalMagnitude -837000R Component 1Ring01_1磁环以全局坐标系Global的Z轴为对称轴，其磁化方向以Z轴为轴心线，向外沿半径方向发散。创建第2个磁环 选中Ring01_1 右键：Edit Duplicate Along Line（X,Y,Z）：（0,0,0）（dX,dY,dZ）：（120,0,

41、0）Total Number: 2 将Ring01_1_1重命名为：Ring01_2 创建局部坐标系：RelativeCS_Mag01_2Modeler Coordinate System Create Relative CS Offset（X,Y,Z）：（120,-50,0）设置局部坐标系的坐标原点双击Coordinate Systems栏下的RelativeCS1，将其重命名为：RelativeCS_Mag01_2选中Ring01_2鼠标右键点击，Edit Properties将Ring01_2磁环的工作坐标系改为局部坐标系RelativeCS_Mag01_2：Ring01_2磁环以局部坐

42、标系RelativeCS_Mag01_2的Z轴为对称轴，磁化方向向外沿半径方向发散。将工作坐标系切换回Global坐标：Modeler Coordinate System Set Working Global创建磁环3和磁环4选中Ring01_1和Ring01_2 右键：Edit Duplicate Along Line（X,Y,Z）：（0,0,0）（dX,dY,dZ）：（0,120,0）Total Number: 2 将Ring01_1_1重命名为：Ring02_1将Ring01_2_1重命名为：Ring02_2创建Ring02_2磁环的局部坐标系：RelativeCS_Mag02_2Mod

43、eler Coordinate System Create Relative CS Both（X,Y,Z）：（120,120,0）设置局部坐标系的坐标原点设置坐标系的翻转：（dX,dY,dZ）：（1, 0,0），Enter （dX,dY,dZ）：（0, 0,-1）, Enter双击Coordinate Systems栏下的RelativeCS1，将其重命名为：RelativeCS_Mag02_2将工作坐标系切换回Global坐标：Modeler Coordinate System Set Working Global选中Ring02_2鼠标右键点击，Edit Properties将Ring02

44、_2磁环的工作坐标系改为局部坐标系RelativeCS_Mag02_2：2. 设置磁环Ring02_1和Ring02_2的材料 选中Ring02_1和Ring02_2鼠标右键：Assign MaterialClone MaterialMaterial Name: Mag02Material Coordinate System: CylindricalMagnitude: -837000R Component: 0Z Component: 1Ring02_1沿全局坐标系Global的Z轴方向磁化。Ring02_2沿局部坐标系RelativeCS_Mag02_2的Z轴方向磁环。3. 创建计算区域（Region）将工作坐标系切换回Global坐标：Modeler Coordinate System Set Working GlobalDraw Region4.设置自适应计