Maxwell在工程电磁场中应用简介
Maxwell在工程电磁场中应 用简介
ANSYSMaxWell简要介绍·ANSYSMaxwell作为世界著名的商用低频电磁场有限元软件之一，在各个工程电磁领域都得到了广泛的应用。它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解。。Maxwell是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维三维电磁场有限元分析软件。包括静电场、交流传导电场、直流传导电场、稳态磁场、瞬态磁场、涡流场计算等：可以用来分析电机、传感器、变压器、永磁设备等电磁装置的静态、稳态、瞬态、正常工况和故障工况的特性
ANSYS Maxwell简要介绍 • ANSYS Maxwell 作为世界著名的商用低频电磁场有限元 软件之一，在各个工程电磁领域都得到了广泛的应用。 它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将 工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解。 • Maxwell是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维 /三维电磁场有限元分析软件。包括静电场、交流传导 电场、直流传导电场、稳态磁场、瞬态磁场、涡流场 计算等；可以用来分析电机、传感器、变压器、永磁 设备等电磁装置的静态、稳态、瞬态、正常工况和故 障工况的特性。 •
·Maxwell不仅可以对单个电磁机构进行数值计算，还可以对整个系统进行联合仿真。作为我国引入较早的一款电磁场有限元软件，其使用领域遍及电器、机械、石油化工、汽车、冶金、水利水电、航空航天、船舶、电子、核工业、兵器等众多行业，为各领域的科学研究和工程应用做出了巨大的贡献
• Maxwell 不仅可以对单个电磁机构进行数值计算，还 可以对整个系统进行联合仿真。作为我国引入较早的 一款电磁场有限元软件，其使用领域遍及电器、机械、 石油化工、汽车、冶金、水利水电、航空航天、船舶、 电子、核工业、兵器等众多行业，为各领域的科学研 究和工程应用做出了巨大的贡献
静电场分析（ElectrostaticField）用于分析由静止电荷、直流电压引起的静电场。该模块直接计算标量电位，得到电场强度（E）、电位移失量（D），电场力、电场能量、转矩、电容值等。可用于分析直流高压绝缘问题，电容器储能问题。稳态电场分析（MagneticField）用于分析由恒定电流、永磁体及外部激磁引起的磁场。该模块可计算磁场强度（H），电流密度（J），磁感应强度（B），磁场力、磁场能量、转矩、电感等。可用于分析线圈磁场，永磁体产生磁场等。交直流传导分析（Ac/DCConductiveField）主要用来求解由恒定电压或时变电场在导体中产生的传导申流及介电损耗问题
• 静电场分析（Electrostatic Field） 用于分析由静止电荷、直流电压引起的静电场。该模块直 接计算标量电位，得到电场强度（E）、电位移矢量（D）， 电场力、电场能量、转矩、电容值等。可用于分析直流高压 绝缘问题，电容器储能问题。 稳态电场分析（Magnetic Field） 用于分析由恒定电流、永磁体及外部激磁引起的磁场。该 模块可计算磁场强度（H），电流密度（J），磁感应强度 （B），磁场力、磁场能量、转矩、电感等。可用于分析线 圈磁场，永磁体产生磁场等。 交直流传导分析（AC/DC Conductive Field） 主要用来求解由恒定电压或时变电场在导体中产生的传导电 流及介电损耗问题
·涡流场分析（EddyCurrentField）用于分析受涡流、集肤效应、邻近效应所影响的系统。它求解场频率范围可由0赫兹到数百兆赫兹，可应用于对母线、电机、变压器、绕组及无损系统的评价。可自动计算损耗、铁损、不同频率下所对应的阻抗、力、转矩、电感与储能。瞬态场分析（TransientField）任意波形电压、电流及包括直线和旋转运动问题，例如电动机、断路器、轴承等，瞬态求解器可同时求解磁场、电路及运动等强耦合的方程，因为可以分析各装置的性能，其优点可以利用线路图绘制器和嵌入式仿真器与外部电路协同仿真，从而支持包括电力电子开关电路和绕组连接方式在内的任意拓扑结构的仿真
• 涡流场分析（Eddy Current Field） 用于分析受涡流、集肤效应、邻近效应所影响的系统。它 求解场频率范围可由 0 赫兹到数百兆赫兹，可应用于对母 线、电机、变压器、绕组及无损系统的评价。 可自动计算损耗、铁损、不同频率下所对应的阻抗、力、 转矩、电感与储能。 • 瞬态场分析（Transient Field） 任意波形电压、电流及包括直线和旋转运动问题，例如电 动机、断路器、轴承等，瞬态求解器可同时求解磁场、电 路及运动等强耦合的方程，因为可以分析各装置的性能， 其优点可以利用线路图绘制器和嵌入式仿真器与外部电路 协同仿真，从而支持包括电力电子开关电路和绕组连接方 式在内的任意拓扑结构的仿真
Maxwell仿真步骤选择求解器类型1建模设置材料属性（电导率，介电常数，磁导率等）1设置激励源和边界条件自适应网络剖分有限元计算后处理
• Maxwell 仿真步骤 选择求解器类型 建模 设置材料属性（电导率，介 电常数，磁导率等） 设置激励源和边界条件 自适应网络剖分 有限元计算 后处理
Maxwell分析实例：永磁同步电机静磁场分析实例。问题描述：永磁同步电机由定子铁心、定子绕组、永磁体磁极、转子铁心组成。电机定子内径、外径分别为74mm和120mm，极数4，定子槽数24，电机为对称结构可以建立四分之一模型。为了使更加清晰的了解整个电机模型的建立情况，本例采角整域求解，问题求解：电机的平均电磁转矩及场图分布定子铁心气隙材料一一空气：绕组材料一一铜定子绕组定子铁心及转子轭材料一一DW465-50永磁磁极永磁体永磁体磁极材料，命名为P_Mag转子铁心
Maxwell分析实例：永磁同步电机静磁 场分析实例 • 问题描述：永磁同步电机由定子铁心、定子绕组、永 磁体磁极、转子铁心组成。电机定子内径、外径分别 为 74mm 和 120mm，极数 4，定子槽数 24，电机为 对称结构可以建立四分之一模型。为了使更加清晰的 了解整个电机模型的建立情况，本例采用整域求解， 问题求解：电机的平均电磁转矩及场图分布 气隙 材料——空气； 绕组 材料——铜 定子铁心及转子轭 材料 ——DW465-50 永磁磁极_永磁体 材料，命名为P_Mag
1.创建项目并选择求解器类型双击Maxwell图标，打开软件。SolutionType:Project2-Maxwell2DDesign1建立工程：Project>lnsertGeometry Mode:Cartesian.Maxwell2DDesignMagnetic:MagnetostaticCEddyCurtentCTransientElectric:·选择求解器类型：CElectrostaticMaxwell2D>SolutionType>CAC ConductionDCConductionMagnetostaticOKCancel
1.创建项目并选择求解器类型 • 双击Maxwell图标，打开软件。 建立工程：Project>Insert Maxwell 2D Design • 选择求解器类型： Maxwell 2D>Solution Type> Magnetostatic
2.建立模型。以定子槽模型的建立为例，简要介绍模型的绘制。Maxwell模型建立一Eile Edit YiewModelerProjectDrawMarwell2DTools置in般采用自下而上的方式，口日哈Line雷A国XSpline以点一线一面逐步中#店3AreProject Manager进行模型生成nateEquation Based CurvePMSM-Magstatic*BectangleMaxwell提供了必要的由Maxwel12DDesign2MEllipse几何模型生成工具，Definitions+CireleBegular Polygon如线与面生成命令等Sweep(1).执行Draw/Line命令User Defined Primitive或者单击工具栏上的Plane，按钮，鼠标光标变LointProject为黑点，进行直线绘Line Segment制.PropertiesBeloTNaneValueUnitEvaluated Value
2.建立模型 • 以定子槽模型的建立为例，简要介绍模型的绘制。 Maxwell模型建立一 般采用自下而上的方式， 以点—线—面逐步 进行模型生成， Maxwell提供了必要的 几何模型生成工具， 如线与面生成命令等 (1).执行 Draw/Line 命令 或者单击工具栏上的 按钮，鼠标光标变 为黑点，进行直线绘 制
（2).依次输入（1.25,37.5）（1.25,38.0）（2.4,38.5）（3.446.5）最后一个点输入完成后，双击两次Enter键以结束直线段绘制ainrelativemovelentition.removement.1.53 (mm)依次输入线段各点坐标X:-2.8Y:-1.6Z:10AbsolufCartesiar
• (2).依次输入（1.25, 37.5）（1.25, 38.0）（2.4, 38.5）（3.4, 46.5）最后一个点输入完成后，双击两次Enter 键以结束直线段 绘制