基于ANSYS maxwell的电感设计与仿真校验

基于ANSYS Maxwell的干式空芯电抗器匝间短路故障瞬态特性的仿真分析佚名【摘要】该文对干式空芯电抗器匝间短路故障的瞬态特性进行了研究,并提出了一种早期预警方法.分析了干式空芯电抗器从正常工作状态到匝间短路故障发生的动态物理过程;基于ANSYS Maxwell软件平台,建立了电抗器匝间短路故障的瞬态场路耦合计算模型;仿真分析了电抗器匝间短路故障的瞬态特性,并通过搭建实验平台进行了实验验证.研究表明,在电抗器匝间短路故障早期,由于短路环的瞬间形成会引起电抗器短路位置处磁场发生突变,进而使安装在电抗器包封外表面的磁场探测线圈感应电压产生显著异常变化,据此,在电抗器匝间短路故障早期即可进行预警.【期刊名称】《实验科学与技术》【年(卷),期】2018(016)006【总页数】4页(P50-53)【关键词】空芯电抗器;匝间短路故障;瞬态特性;ANSYSMaxwell软件【正文语种】中文【中图分类】TM15匝间短路是干式空芯电抗器的常见故障，短路电流产生的局部高温会加速电抗器绝缘老化，甚至会直接将电抗器烧毁，造成停电事故。

尤其是串联在系统中的电抗器，如500 kV串联限流电抗器，一旦发生故障会影响线路断路器的开断能力，严重影响电力系统的稳定运行[1-5]。

目前，干式空芯电抗器匝间短路故障的在线检测方法都是基于匝间短路之后的稳态特征进行的，其对小匝数匝间短路故障不灵敏[6-9]。

实际上，电力系统更希望在匝间短路早期就能够对故障进行预警，避免给系统带来危害，防患于未然。

本文将详细分析干式空芯电抗器从正常工作状态到匝间短路故障发生的动态物理过程；基于ANSYS Maxwell软件平台[10]，建立电抗器匝间短路故障的瞬态场路耦合计算模型；通过仿真计算深入研究电抗器匝间短路故障的瞬态响应特性，并进行实验验证，为干式空芯电抗器的早期故障诊断提供理论和实验依据。

1 电抗器匝间短路动态物理过程分析干式空芯电抗器从正常工作到匝间短路故障形成可分为三个阶段：正常工作期、匝间短路故障早期以及匝间短路故障期[9,11]。

基于 ANSYS仿真软件的二次电源结构仿真验证摘要：为研究铝合金一体式结构的二次电源的振动特性，检验二次电源结构设计的合理性，利用NX8.0三维建模软件建立二次电源实体模型，采用ANSYS有限元分析软件对二次电源进行模态分析及谐响应分析，以验证二次电源结构设计方案的可行性。

关键词：结构仿真; ANSYS; 二次电源1.引言为了解产品结构的动力学性能，检验产品设计的合理性，考查并改善产品在振动环境中的适应性，需对产品进行振动试验。

传统的研制过程是产品研制完成后再进行振动试验，以验证设计合理性。

这种方式周期长，存在产品研制完成后无法满足振动试验要求导致无法装机配套的风险。

在快节奏发展的今天，这种开发方式因为其周期长、灵活性差、不易更改等缺点，已经越来越难以适应当前工程开发节奏。

研发人员可以通过ANSYS软件模拟产品实际使用环境进行动力学仿真分析，综合考虑强度、刚度和稳定性，实时调整结构参数已达到最优化效果，极大地提高了研发效率并减少了风险。

1.结构动力学分析的理论基础动力学分析是为了确定时变载荷对整个结构或部件的影响，同时还要考虑阻尼及惯性效应的作用。

本文动力学分析主要解决以下两个问题：（1）寻求结构的固有频率和主振型，了解结构的振动特性。

（2）分析结构的动力响应特性，计算结构振动的动力响应和变形的大小及变化规律。

根据牛顿第二定律，物体质量与其加速度的乘积等效于力，物体的速度和阻尼的乘积也等效于力，通过狭义胡克定律得出位移与刚度系数的乘积等效于力。

据此得出以下动力学公式：F=ma+cv+kx（1）其中：F为外力；m为质量；a为加速度；c为阻尼；v为速度；k为刚度系数；x为位移。

式（1）仅满足理想模型下单质点刚体的受力分析，对质点系或者非质点刚体的动力学分析就不适用了。

故在此基础上将物体中单微元的质量与它所在空间具有的自由度联合起来，即式（1）中的质量m用质量矩阵[M]来表示，阻尼c用阻尼矩阵[C]来表示，刚度系数k用刚度矩阵[K]来表示。

齿槽转矩、一、问题描述1.齿槽转矩T cog ：当永产生的转矩即为T cog ，它是是永磁电机特有的问题之关键问题。

2.饱和电感：绕组存在导致绕组电感变化。

考虑高电机模型精度有重要意3.饱和磁链：绕组交链存在饱和现象。

二、基于Maxwell 2d 的求Maxwell 2D 可以有效对于求Tcog，方法很多为模板，介绍3种方法。

打开该案例后，首先Settings 中设置“Fract 算例，将新算例的类型修例，删除RMxprt 算例，按1.静磁场扫描转子旋转角首先，选中转子轭和4在弹出窗口中将旋转角度弹出的窗口中，定义变量磁链等随电流变化的规律ANSYS Maxwell 求解、饱和电感、饱和磁链永磁电机绕组不通电时，永磁体和定子是永磁体与电枢齿之间相互作用力的之一，是高性能永磁电机设计和制造中在电感，当电机负载不同时，铁心的虑不同负载电流、不同转子角度下的绕意义。

链有磁链，跟电感一样，磁链也受电流求解T cog 的方法仿真得出永磁电机电磁方案的齿槽转多。

本文以R17.2 RMxprt 中的自带案例先将系统中的案例另存到工作目录ions 1”，计算并生成Maxwell 2D 修改为静磁场算例，并分别再复制一按照图1重命名各个算例。

图1 算例重命名角度的方法个永磁体，做旋转操作（选菜单Edit 度设置为一个新变量“my_ang”（如图量“my_ang”的初值为“0 deg”。

律，则类似地在输入电流的地方，将电链的方法子铁芯之间相互作用的切向分量引起的。

T cog 中必须考虑和解决的的磁饱程度会有差异，绕组电感变化，对提流、转子角度的影响，转矩、电感、磁链。

例4极24槽“assm-1”录下，然后在Design 瞬态场算例。

复制该一次静磁场和瞬态场算t->Arrange->Rotate），图2），并确定；在新（如要求转矩、电感、电流定义为新变量。

）图2 旋转转子然后，选中模型中的“Band”区域，选菜单“Maxwell2D->Parameters->Assign-> Torque” 中,定义求解转矩(如要求电感或磁链，则选“…->Matrix…”，另外在此前还要先定义有电流的区域“Excitations->Assign Current”)，如图3所示。

三相鼠笼式异步电动机的协同仿真模型实验分析本文所采用的电机是参照《Ansoft 12在工程电磁场中的应用》一书所给的使用RMxprt输入机械参数所生成的三相鼠笼式异步电动机，并且由RMxprt的电机模型直接导出2D模型。

由于个人需要，对电机的参数有一定的修改，但是使用Y160M--4的电机并不影响联合仿真的过程与结果。

1.1 Maxwell与Simplorer联合仿真的设置1.1.1Maxwell端的设置在Maxwell 2D模型中进行一下几步设置：第一步，设置Maxwell和Simplorer端口连接功能。

右键单击Model项，选择Set Symmetry Multiplier项，如图1.1所示，单击后弹出图1.2的对话框。

图1.1 查找过程示意图图1.2 设计设置对话框在对话框中，选择Advanced Product Coupling项，勾选其下的Enable tr-tr link with Sim 。

至此，完成第一步操作。

第二步，2D模型的激励源设置。

单击Excitation项的加号，显示Phase A、Phase B、Phase C各项。

双击Phase A项，弹出如图1.3所示的对话框。

图1.3 A相激励源设置在上图的对话框中，将激励源的Type项设置为External，并勾选其后的Strander，并且设置初始电流Initial Current项为0。

Number of parallel branch项按照电机的设置要求，其值为1。

参数设置完成后，点击确定退出。

需要说明的一点是，建议在设置Maxwell与Simplorer连接功能即第一步之前，记录电压激励源下的电阻和电感。

事实上，这里的电组和电感就是Maxwell 2D计算出的电机的定子电阻与定子电感。

这两个数据在外电路的连接中会使用到，在后面会详细说明。

至此，Maxwell端的设置完毕。

1.1.2 Simplorer端的设置Simplorer端的设置，主要是对电机外电路的设置，具体的电路会在空载实验和额定负载实验中详细给出，这里不再赘述。

基于Maxwell的交流接触器电磁系统优化仿真黄仁灿【摘要】利用有限元分析软件ANSYS Electronic的Circuit模块建立交流接触器线圈等效电路,利用Maxwell软件建立了交流接触器的有限元模型,对交流接触器的动态运动进行了计算.分析了交流接触器短路环材料、长度、宽度对交流接触器电磁最小吸力的影响,计算了衔铁厚度、衔铁宽度、磁轭底部尺寸对交流接触器最小吸力和最大吸力的影响.最后,对仿真计算结果进行试验验证,验证结果表明仿真计算结果能较好反应出交流接触器的运动情况,计算方法科学可行.该课题的研究可为交流接触器的电磁系统的结构优化提供参考方向,具有较大的工程参考意义.【期刊名称】《电气开关》【年(卷),期】2018(056)005【总页数】5页(P48-52)【关键词】交流接触器;circuit;Maxwell;电磁吸力;动态性能【作者】黄仁灿【作者单位】厦门宏发开关设备有限公司,厦门 361021【正文语种】中文【中图分类】TM5721 引言接触器是一种适用于远距离频繁接通和分断交直流主电路及大容量控制电路的自动控制电器[1]。

随着新能源、电动汽车、工业自动化等行业的不断发展，接触器的使用量也日渐增长，对接触器的要求也越来越高。

接触器运动过程的动态特性分析在研发过程中起着关键作用，快速准确计算其动态特性意义重大。

近年来，接触器运动过程的仿真计算取得了快速的发展。

早期的接触器仿真大部分采用的是二维有限元静态特性仿真和三维有限元静态特性仿真[2-4]，近几年得益于计算机的发展进行三维有限元动态特性分析的研究增多。

文献[5]利用Maxwell有限元软件的3D Maxwell模块对双E型交流接触器的动态特性进行了分析，分析对比了其电流动态特性、启动时间特性，并探讨了启动相角和电压对启动时间、吸合时间、启动电流的影响。

文献[6-7]采用对多体动力学分析软件Adams进行二次开发，并将机械运动方程和电磁场及电路方程进行耦合迭代求解，对接触器进行了动态特性研究。

实 验 技 术 与 管 理 第38卷 第5期 2021年5月Experimental Technology and Management Vol.38 No.5 May 2021收稿日期: 2020-07-02作者简介: 房紫璐（1995—），女，江苏常州，硕士研究生，主要研究方向为电磁场与微波技术，fangzilu@ 。

通信作者: 李玉玲（1973—），女，内蒙古巴彦淖尔，博士，副教授，硕士生导师，主要从事电力电子技术应用及电工理论与新技术的教学和研究，liyl@ 。

引文格式: 房紫璐，龚直，李玉玲，等. 基于ANSYS 的电磁感应加热系统仿真与实验[J]. 实验技术与管理, 2021, 38(5): 129-133.Cite this article: FANG Z L, GONG Z, LI Y L, et al. Simulation and experiment of electromagnetic induction heating system based on ANSYS[J]. Experimental Technology and Management, 2021, 38(5): 129-133. (in Chinese)ISSN 1002-4956 CN11-2034/TDOI: 10.16791/ki.sjg.2021.05.026虚拟仿真技术基于ANSYS 的电磁感应加热系统仿真与实验房紫璐，龚 直，李玉玲，姚缨英（浙江大学 电气工程学院，浙江 杭州 310027）摘 要：将电子工程专业基础课“工程电磁场”中的电磁感应定律和涡流理论与实际应用相结合，提出了基于电磁炉加热系统的仿真实验方案。

方案采用ANSYS 有限元仿真软件对电磁感应加热系统进行建模仿真，并分析典型系统参数对加热系统耦合的影响。

计算得到的涡流矢量图与欧姆损耗密度云图能够帮助学生更好地理解感应加热原理。

实验方案将理论分析、数值仿真和实验测量三者相结合，能够帮助学生更好地构建该课程系统全面的思维框架。

基于Maxwell的直流DC-DC变换器电感的防饱和设计刘欣博;边亚伟;王慧娴【摘要】采用传统的铁氧体磁芯电感极易发生饱和现象,为了抑制电感饱和,采用新型铁硅铝磁芯代替铁氧体磁芯.本文利用Maxwell软件分别对铁氧体和铁硅铝2种磁芯材料电感的磁场进行了分析,通过仿真结果可方便比较随着电流变化,2种磁芯的饱和特性以及相应电感值的变化规律,分别得到2种材料的适用场合,并进行了实验验证.仿真和实验结果表明,基于传统的计算方法再加上Maxwell软件仿真分析方法,可使设计的电感抗饱和能力更强.【期刊名称】《北方工业大学学报》【年(卷),期】2017(029)002【总页数】6页(P55-60)【关键词】铁氧体磁芯;铁硅铝磁芯;Maxwell软件;电感饱和【作者】刘欣博;边亚伟;王慧娴【作者单位】北京市变频技术工程技术研究中心,100144,北京;北京市电力节能关键技术协同创新中心,100144,北京;北京电动车辆协同创新中心,100144,北京;北京市变频技术工程技术研究中心,100144,北京;北京市电力节能关键技术协同创新中心,100144,北京;北京电动车辆协同创新中心,100144,北京;北京市变频技术工程技术研究中心,100144,北京;北京市电力节能关键技术协同创新中心,100144,北京;北京电动车辆协同创新中心,100144,北京【正文语种】中文【中图分类】TM27当电感应用于直流DC-DC变换器时,由于磁芯材料的非线性会导致电感值随着电流的增加而不断减小，出现饱和现象，无法进行续流和储能．在对电感值要求较高的电路里，电感饱和会对变换器中的元器件产生严重损害甚至发生危险．为了防止饱和，大电感通常需要采用更大的磁芯尺寸，但在实际系统中，磁芯尺寸过大并不现实，不利于制作使用，同时会给硬件电路集成增加了难度[1]．为了防止电感的饱和，也可对电感电流进行准确监控，由于DC/DC变换器在启动时常常因为电流过大引起电感的饱和，可应用升压软启动的方法解决启动时的电感饱和问题[2-3]．目前广泛采用的方法是将电流控制在比较小的范围以防止电感饱和，实际并未提高电感饱和电流，若电流控制不当，电感很容易出现饱和现象．采用新型的磁芯材料才是提升电感饱和电流的根本途径．在电感设计过程中，可根据经验公式进行匝数的计算，但由于电感值会随磁芯的尺寸、材料、线圈匝数的变化而变化，仅靠经验公式不易直接分析计算．Maxwell 仿真软件基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散公式将电磁场计算转变为矩阵求解，准确便捷，在工程中应用极为广泛，在电磁场方面应用价值极高[4]．通过Maxwell软件建模可直观分析电感饱和现象，从而得出线圈在不同的激励电流下的电感值大小，以保证设计的电感能够工作在安全范围之内．在传统电感经验公式设计的基础上通过Maxwell软件仿真进行分析，可使电感的设计更加严谨可靠．为了解决电感饱和问题，本文提出用新型铁硅铝磁芯代替传统铁氧体磁芯的电感设计方法．全文可分为3个部分，首先以KS250-125A铁硅铝磁芯为例介绍了传统电感的设计计算方法；接着基于Maxwell软件对特定尺寸的铁氧体磁芯和铁硅铝磁芯在不同激励电流情况下的电感值进行了比较，得出2种磁芯的应用特点；最后分别应用铁氧体磁芯电感和铁硅铝磁芯电感进行了实验，比较实验结果可知，新型铁硅铝磁芯的抗饱和能力比传统的铁氧体磁芯强，更适合应用于DC-DC变换器电路中．1 电感设计在实际电感设计过程中需要考虑直流分量使磁芯发生直流偏磁导致磁导率发生衰减的现象．首先需要选择合适的磁芯材料，拥有较高磁导率的材料能够较好的抑制磁饱和现象[5]．在设计DC-DC变换电路的电感时，由于直流电流容易使磁芯发生直流偏磁，传统铁氧体磁芯极易出现饱和的现象，而新型铁硅铝磁芯抗饱和能力强，磁芯磁导率可以达到125μH/m，具有明显优势[6]．综合考虑了成本与性能等因素，最终为电感选择铁硅铝磁芯．以KS250-125A铁硅铝磁芯为例进行电感的设计与计算．根据厂商提供的资料可知：μ=125μH/m μ为磁导率(1)AL=400nH/N2 AL为电感系数(2)Le=14.9cm Le为平均磁路长度(3)以设计500μH的电感为例，匝数N为(4)直流磁化力H-DC为：(5)当要求流过10A电流时，可得：(6)磁导率百分率与DC磁化力关系曲线如图1所示，当H-DC=30Oe时磁导率下降到60%，也就是电感值变为500μH×0.6=300μH，如果300μH依然能够满足变换器电路的电感值要求，那么该电路即可通过10A的电流．图1 磁导率与直流磁化力关系2 应用Maxwell软件仿真2.1 Maxwell 3D建模Maxwell 3D建模能够较好的分析所选电感参数，尤其能够直观表现出几何参数对电感值的影响[7]．Maxwell3D建模还可以方便观察电感的饱和现象，得到电感值随电流变化的曲线[8]．选择静磁场仿真，按照磁芯的尺寸建立3D的环形磁芯模型和覆盖在磁芯表面的缠绕线圈模型，添加图2所示的铁氧体BH曲线和图3所示的铁硅铝BH曲线，并设置边界条件，给定激励电流安匝数，其中，磁芯的尺寸为内径31mm、外径63mm、高度为26mm．磁芯的模型如图4所示，磁芯外的线圈模型如图5所示．图2 铁氧体BH曲线图3 铁硅铝BH曲线图4 磁芯图5 磁芯线圈模型2.2 仿真结果及分析根据图2所示铁氧体的BH曲线可以看出当磁场强度H大于2.5Oe时磁感应强度B几乎不再增加，由此可知当磁场强度H大于2.5Oe时，铁氧体材料达到饱和，仿真磁场效果图显示为黑色．图6给出了铁氧体磁芯在激励为20NA时的磁场图，由图6可知铁氧体磁芯在20NA激励时内部开始出现饱和．图7为铁氧体磁芯在45NA时的磁场图，对比图6和图7可知，随着激励电流的增加，饱和部分越来越多．根据磁场强度H与电流和匝数的关系式：H=N×I/Le可知，在电流和匝数相同的条件下，磁路Le越大，磁场强度H越小，电感抗饱和能力越强．随着安匝数的增加，磁芯内部磁路先出现饱和，从内径到外径饱和部分会越来越多，电感值也越来越小．基于图3所示铁硅铝BH曲线，当磁场强度H大于250Oe时，磁感应强度B几乎不再增加，也就意味着铁硅铝材料在磁场强度H大于250Oe时饱和，仿真磁场效果图显示为黑色．对比图6和图9可知，铁硅铝磁芯在激励为2000NA时会出现与铁氧体在20NA激励电流下相似的饱和现象．对比图7和图8可知，在激励为45NA条件下，铁氧体磁芯严重饱和而铁硅铝磁芯未饱和．由此可知，在相同的激励条件下，铁硅铝磁芯抗饱和能力更强，性能更好．图6 20NA铁氧体磁场强度图7 45NA铁氧体磁场强度图8 45NA铁硅铝磁场强度图9 2000NA铁硅铝磁场强度表1 不同磁芯材料仿真结果安匝数/NA铁氧体电感系数/(μH/N2)铁硅铝电感系数/(μH/N2)503.49030.442151001.75120.440971501.16780.439022000.876570 .43632500.701710.432813000.584820.428543500.501780.423534000.43945 0.417554500.390940.411225000.352170.4045500.320450.396226000.29403 0.3886500.271670.379487000.252510.370767500.235910.361958000.22139 0.353128500.208580.344379000.197190.335739500.1870.3272610000.1778 30.31897L=电感系数×N2(7)公式(7)中电感系数为单匝电感对应的电感值，N为线圈的匝数表1中给出了铁氧体和铁硅铝磁芯的电感系数随着激励安匝数的变化而变化的数据．由于L=电感系数×N2，由表1数据可知，电感的电感值会随着流过电流的增大而不断减小，若未计算好饱和电流，当流过电流大于饱和电流时，电感值就会小于设计值，无法满足电路要求．根据表1数据，图10直观给出了2种磁芯材料的电感系数随安匝数变化曲线，显然，当安匝数为425NA时，铁硅铝电感系数曲线与铁氧体的电感系数曲线相交，当安匝数小于425NA时，铁氧体磁芯电感系数较大，优势明显；当安匝数大于425NA时，铁硅铝磁芯电感系数大，适合应用．因此，在设计大电流电感时铁硅铝磁芯比传统的铁氧体磁芯抗饱和能力更强．图10 2种磁芯材料电感系数随安匝数变化曲线在已知磁芯材料BH曲线的情况下，可以通过Maxwell软件仿真得到特定尺寸的磁芯在不同安匝数条件下的电感系数，便于电感的设计．在设计之前考虑磁导率下降的情况，可保证运行的安全性．3 实验验证为了检验不同磁芯的电感抗饱和性能，将其应用到如图11所示的Buck电路进行实验验证，其中，负载为10Ω的电阻．借助电流传感器把通过电感的电流用示波器显示并进行比较．实验中选取了2种磁芯的电感，第1种为铁氧体磁芯电感，第2种为铁硅铝磁芯电感，电感值均为500μH．图11 buck电路在设计500μH的铁硅铝磁芯电感时，选取电感系数为0.4μH，则匝数取35匝，由仿真数据可知电感系数0.4μH对应的安匝数约为500NA，此时的饱和电流为500/35=14.3A．也就意味着当工作电流在14.3A以下电感值都能达到500μH．为了验证所设计制作的铁硅铝磁芯电感的抗饱和能力比铁氧体磁芯强，将其与一个普通的铁氧体500μH的电感进行比较．在设计500μH的铁氧体电感时，选取电感系数为3.49μH，则匝数为取12匝，由仿真数据可知电感系数为3.49μH时对应的安匝数为50NA,此时的饱和电流为50/12=4.17A图12表明铁氧体磁芯电感通过电流1.6A时能够正常工作，但随着负载端电压的增加，铁氧体磁芯电感会发出声音，逐渐出现饱和的现象，图13给出了铁氧体磁芯电感通过8.3A电流出现了饱和现象，显然，饱和后的电感无法进行续流的作用．图12和图13表明铁氧体磁芯电感饱和电流较低，极易发生饱和现象．图14给出了应用铁硅铝磁芯电感通过电流1.6A时的波形，可以看到效果非常好，图15为应用铁硅铝磁芯电感通过电流8.3A时的波形，效果仍然很好，没有出现饱和的现象，比图13所示的相同电流条件下的铁氧体磁芯电感的效果要好得多．图12 铁氧体饱和前的电流图13 铁氧体饱和后的电流图14 铁硅铝电感的电流图15 铁硅铝电感的电流图12～图15的实验结果表明对比于铁氧体磁芯电感，铁硅铝磁芯电感饱和电流相对较大，更适合应用于大电流的DC-DC变换电路中．4 总结为了抑制DC-DC变换器中电感饱和现象，本文在传统的电感设计的基础上，通过Maxwell软件仿真来增加了设计电感的准确度和可靠性，同时对比研究了传统铁氧体磁芯和新型铁硅铝磁芯的电感系数随激励安匝数的变化趋势，并进行了实验验证．仿真和实验结果表明在安匝数较小时，传统铁氧体磁芯对应的感应系数比新型铁硅铝磁芯的感应系数大，意味着在设计小电流电感时宜选用铁氧体磁芯；另一方面，在设计大电流电感时应选择新型的铁硅铝磁芯，其抗饱和性能更好．不同的电流要求需选择合适的磁芯材料，应在电感制作之前预先计算饱和电流，以保证电感工作在相对理想状态，避免出现电感饱和的问题．参考文献【相关文献】[1] Non-Member L M. Small saturating inductors for more compact switching power supplies[J]. Ieej Transactions on Electrical & Electronic Engineering,2012,7(1):69-73[2] 刘文啸.DC/DC变换器中电感电流检测电路的设计[J].电子技术与软件工程,2013(19):113-113[3] 魏艳君,丁浩,漆汉宏,等.基于PFF控制的双向DC/DC变换器的研究[J].电力电子技术,2014,48(5):53-56[4] 陈红.基于Ansoft Maxwell 3D的电磁场仿真与计算[J].宁波大学学报，2012,25(04):107-110[5] Sturcken N, Davies R, Cheng C, et al. Design of coupled power inductors with crossed anisotropy magnetic core for integrated power conversion[C]//Applied Power Electronics Conference and Exposition. IEEE,2012:417-423[6] 连法增,李庆达,陈玉兰.铁硅铝磁粉芯研究[C]//中国功能材料及其应用学术会议.2010:8-12[7] Dhahri Y, Ghedira S, Zrafi R, et al. 3D numerical analysis of integrated power inductor in silicon for DC/DC converters[C]// International Conference on Sciences and Techniques of Automatic Control and Computer Engineering. IEEE,2015:557-561[8] 李卫国,芦竹茂,叶高生.基于ANSOFT的含气隙铁心线圈电感分析[J].电气开关,2011(5):80-82[9] 赵博.Ansoft 12在工程电磁场中的应用[M].北京：中国水利水电出版社,2010:192-224。

MAXWELL仿真棒形电感
因为棒形磁芯的磁场是开放的，棒形电感感量的计算一致都是个难题。

现在一些技术文档
上面的计算公式都是通过测试大量的数据后拟合计算公式，精度不是很高。

MAXWELL可以
比较好的仿真电感的感量和磁场，可以帮助我们准确的设计。

1，设计条件
4.7uH@2.26A
2，标准品参数
3，电感结构
磁芯：R4*15 DMEGC DN50B
漆包线： 0.6mm
圈数： 17.5Ts
4，仿真步骤
4.1 建立模型 使用solidworks建立磁芯和线圈，并装配成电感,另存为stp文件（磁芯
4*15 0.6mm线 17.5圈）
4.2 新建项目，插入maxwell 3D仿真，选择modeler‐inport
4.3 给模型指定材料，线圈为copper,磁芯为DN50B。

因为DN50B在软件自带的材料
库中没有，我们需要自己建立。

首先下载材料特性规格书
在tool工具中新建立材料，界面如下：
完成模型材料指定
4.4 设定求解域（X,Z方向设定200%，Y方向为0，主要是我们导入的模型，会直接使
用线圈的端面作为激励的设定面，端面必须与求解域重合）
4.5 加激励
4.6 设置求解参数（设置后处理圈数后可以直接得到电感值，不需要在自己计算）
4.7 设置求解器后运行
4.8 仿真结果和磁场分布
Maxwell软件仿真得到的感量值为5.2uH。

基于ANSYS Maxwell的外转子无刷直流电动机分析与设计[田燕飞，黄开胜，陈治宇，陈风凯，何建源][1.广东工业大学，广东广州510006；2.苇源电机有限公司，广东佛山528300][ 摘要] 为配套中央空调外部风机，本文设计了一款910r/min、9槽10极三相无刷直流电动机，从电动机结构、永磁材料、磁体结构等方面分析了外转子永磁无刷直流电机的设计要求。

利用ANSYS Maxwell建立了这款电动机的二维有限元仿真模型，对其性能进行了仿真。

最后进行了试制、调试及试验。

结果表明：外转子永磁无刷直流电动机驱动风机，性能良好，验证了软件仿真的准确性。

[ 关键词]三相无刷直流电动机；外转子；ANSYS Maxwell；模型；仿真Analysis and Design of External Rotor BLDCMs UsingANSYS Maxwell[TIAN Yan-fei, HUANG Kai-sheng, CHEN Zhi-yu,CHEN Feng-kai][1. Faculty of Automation, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China;2. IVY Motor Limited Company, Foshan 528300, China][ Abstract ] A three phase brushless DC motor of 910r/min, 10poles, 9slots, was designed to form a complete set of central air conditioning external air-pumps. The motor structure, material,magnet structure was designed. A 2D finite element analysis model was established withMaxwell of ANSYS. The motor performances were simulated. The design scheme wastested and the sample was manufactured. The external rotor BLDCM was used to drive theair-pumps. The measured data show that the motor is more advantage for industrialization,which confirmed the accuracy of the 2D finite element model.[ Keyword ] three-phase brushless DC motor; external rotor; ANSYS Maxwell; model; simulation1 前言外转子三相无刷直流电动机体积小、重量也轻、调速性能好、效率高、输出转矩大，在价格和可靠性方面也有明显的优势。

ANSYS Maxwell R16助力高性能永磁电机仿真分析本文基于CAE 行业高速发展的电磁场数值计算工具——ANSYS Maxwell 有限元软件，运用最新仿真技术对永磁同步电动机磁钢涡流损耗计算、与控制电路场合协同等研究热点进行软件应用分析，帮助用户获得高效仿真分析方法和手段。

一、引言现代高性能永磁电机主要由永磁电机本体和驱动控制器构成，永磁同步电动机具有结构简单、体积小、重量轻和高效节能等一系列优点，近年来得到了迅速发展。

高性能稀土永磁材料的出现，其优越的磁性能和相对较低的价格，使得高性能永磁同步电机的开发和研究成为世界各国的热点，并在国防、工农业生产和日常生活等方面获得越来越广泛的应用。

永磁电机，特别是内嵌磁钢转子永磁电机（IPM），其结构复杂，传统的磁路法已经无法准确计算磁路和电机性能，需要借助高性能的有限元磁场求解工具提升仿真精度和效率。

ANSYS Maxwell R16 在电机应用领域，有了进一步的增强和改进，能显著提升电机研发能力。

二、永磁体涡流损耗高效精确计算永磁电机转子与定子基波磁势是同步旋转的，因此通常计算中忽略转子内的永磁体涡流损耗。

而实际永磁电机中，由于存在齿槽效应，且绕组磁动势的非正弦分布，或者由PWM 逆变器引入高次谐波电流等，均会产生谐波磁势，从而导致基波转速下的转子永磁体及固定永磁体的金属护套中引起涡流损耗。

通常情况下，与电机定子的绕组铜损和铁损相比，转子磁钢涡流损耗占比很小。

但是，由于转子散热条件相对封闭，热量不容易散发，磁钢涡流损耗可能会引起磁钢内局部高温升，从而引起永磁体局部热退磁。

特别是烧结钕铁硼（NdFeB）具有较大电导率和较低的居里温度，更需要特别计算涡流损耗和校核温升。

因此，设计永磁电机初期，就需要精确计算磁钢涡流损耗，保证电机磁钢稳定的热性能。

1. 涡流效应趋肤深度计算永磁体的损耗，主要由气隙高次谐波含量在磁钢中感应涡流导致，因此，准确计算高次谐波在永磁体中的趋肤深度是精确计算磁钢涡流损耗的前提保证。

一、引言电路实验作为电气信息类专业的一门重要的专业基础实验课,多年来已经形成了一套完整的传统实验项目和实验方法,这些传统实验项目对培养学生的基本实验技能、巩固所学理论知识,是基本的、重要的和必不可少的。

但由于实验室条件的限制,传统实验教学方式限制了学生实践能力的培养,学生在实验过程中缺乏创新,不利于培养全方面应用型人才。

实验教师在实验教学中处于主导地位,应不断探索新的实验教学技术与教学手段,改变教学方法,弥补实验教学条件的不足,为实验教学注入活力,提高实验教学效果。

早在2004年,西安交通大学电路课程在全国同行中首批被评为国家级精品课程,实验课程建设也是精品课程建设的一部分。

2016年建立了电路实验微信公众平台,制作了一整套电路实验图文和视频信息,推进了学校信息化实践教学平台的建设,实现了实验教学资源开放共享。

2017年末实验室更新了一批老旧实验设备,但有关实验内容及教学方法的改革还未涉及,而目前我校电路实验教学中存在众多问题,学生实验积极性不够,实验内容简单,实验教学方式单一,教学效果不佳,迫切需要进行改革。

实验教师应积极研究和探索,优化实验内容,充分利用新媒体平台和计算机辅助实验室的虚拟仿真平台,寻找实验教学新模式,创新教学方法,改革教学手段,通过实验巩固理论教学,强化学生动手能力,提高实验教学效果。

二、电路实验教学改革思路随着计算机技术的飞速发展,仿真软件在教学科研中的地位越来越重要,通过仿真实验,学生可验证设计电路的正确性,从而快速发现问题,立即着手重新设计或开展优化,并改进电路的可靠性,实现提高设计效率、缩短设计周期。

目前,各高校电路理论及实验教学中均包含仿真内容,仿真软件多采用PSpice和Multisim等[1-4]。

谢丽萍等研究了应用Multisim虚拟仿真技术建立电路原理课程实验仿真和实践教学的方法,增强了教学效果,促进了教学改革[3]。

李建军等针对电工技术专业学生,通过实验前仿真,使学生养成设计初期进行仿真验证的习惯,学生在实验中讨论更积极,实验后对教师评价更高[4]。