ANSYS Maxwell助力電力變壓器設計和仿真

1、ANSYS Maxwell助力電力變壓器和平面變壓器設計和仿真-ANSYS Maxwell 3D Electronic Transformer Kit (ETK) 與渦流場求解器新功能介紹內(nèi)容大綱Maxwell 3D ETK簡介Maxwell 渦流場求解器新功能介紹ETK 綜 述“Electronic Transformer Kit” 簡稱ETK可以做什么?ETK采用python腳本的方式自動生成平面磁性元件的渦流場求解模型。模型采用線性、頻變磁導率， Steinmetz損耗系數(shù)也采用頻變模式。另外，ETK利用Network Data Explorer生成可以在Simplorer和Pspice

2、中使用的頻變狀態(tài)空間模型（ state-space model ）。ETK的建模對象？ETK用于建立工作頻率在100kHz范圍內(nèi)的鐵氧體磁芯變壓器和電感（但不包括50-50Hz范圍內(nèi)的油浸變壓器）ETK易用性?Python有3個輸入面板，所有參數(shù)可以在10-15分鐘內(nèi)設置完畢。ETK包含廠商元件庫嗎？在當前發(fā)布的ETK版本中，包含Philips和Ferroxcube各15種大類的磁芯形狀。另外用戶可以手動修改一個特定Excel文件以加入更多的磁性形狀和材料。ETK和PExprt的區(qū)別？“Electronic Transformer Kit”是基于Maxwell 3D 的免費腳本，提供基于預先定

3、義的設計輸入的FEA求解模型（非解析模型），而PExprt可生成整個設計。ETK不考慮Litz線和twisted雙絞線，也不自動考慮繞組電容，除非手動生成一個額外的electrostatic design 。哪里可以找到ETK腳本？訪問 Customer Portal: Knowledge Resources Solutions/AnsysCustomerPortal/en_us/Knowledge%20Resources/Solutions/Maxwell/2039676安裝和運行復制粘貼文件夾CoreUDM 到: Maxwell Installation directory AnsysEM

4、16.0Win64MaxwellsyslibUserDefinedModelsLibORAnsysEM16.0Win64MaxwelluserlibUserDefinedModelsLib復制粘貼文件ElectronicTransformerModel.py 到: Maxwell Installation directory AnsysEM16.0Win64MaxwellsyslibToolkitsMaxwell3D打開Maxwell文件，并插入一個Maxwell 3D design菜單操作: Draw User Defined Model Update Menu運行腳本及調(diào)用ETK界面: M

5、axwell 3D Toolkit ElectronicTransformerModelNote: It is not necessary to place the “ElectronicTransformerModel.py” under Toolkit. Users can place this file under any convenient location and run the toolkit via Run Script or External Tool option輸入界面1/3: Core Definition兩種方法設置變壓器模型:直接讀入一個之前記錄的.tab 文本文件

6、。 生成一個全新的設計。設置 Model Units, Supplier, Core Type, Core Model。 包含Philips/Ferroxcube的15種磁芯基本類型。選擇磁芯的默認尺寸或手動修改尺寸。記錄輸入文件 用于下次直接復用生成模型一個.tab格式的文件在腳本運行時被自動記錄，并保存于Maxwell默認的工程文件目錄下。通過選擇“core definition”輸入界面上的“Read Data from Text File”按鈕，可以重新運行已有的.tab格式輸入文件(note Core Model box will remain blank).tab格式的文件也可以在

7、text編輯器中手動修改參數(shù)后，再調(diào)用運行Note: Provided demo files are Demo_Planar.tab and Demo_WireWound.tab輸入界面2/3: Winding Definition線圈層數(shù)（Number of Layers）, 層間間距（Layer Spacing）, 骨架厚度（Bobbin Thickness）, 頂部間隙（Top Margin size）, 側面間隙（Side Margin size） 線圈類型（Layer Type）: Top Down or Concentric導線類型（Conductor Type）: Rectang

8、ular or Circular每層參數(shù): Conductor Width, Conductor Height（Conductor Diameter), Number of Turns, and Insulation Thickness點擊 “Draw Geometry” to preview the Maxwell model before clicking on Next 定義以下參數(shù)：TopDown vs Concentric WindingTopDownConcentric導線各層在磁芯中從上到下排布.每層中的線圈從內(nèi)向外徑向排布.導線各層在磁芯中隨層數(shù)增加從內(nèi)向外徑向排布. 各層中的

9、線圈垂直排布(top to bottom).輸入界面3/3: Analysis Setup定義 Core Material and Coil Material定義 原副邊繞組定義 原副邊繞組串聯(lián)或并聯(lián)連接定義 adaptive frequency, frequency sweep, % error and max number of passes選擇“Setup Analysis”生成Design，或者“Analyze”生成并求解Design用戶自定義添加新的磁芯模型，包括尺寸和材料如果需要的磁芯模型在輸入界面上找不到，用戶可以自定義磁芯模型在文件夾“CoreUDM”有一個“CoreData.

10、tab” 文件該文件可以用Excel或文本編輯器打開用戶可以添加供應商名稱、磁芯類型、模型名稱和模型尺寸（添加的時候采用tab分隔符格式）添加的磁芯模型在下次腳本運行時可供選擇Note that even though core models can be added, Core types will still be limited to 15 types that are currently implemented用戶自定義添加新的磁芯模型，包括尺寸和材料如果用戶需要的磁芯材料不在參數(shù)輸入界面上，用戶可以按照如下的步驟添加:建立一個與添加的磁芯材料對應的frequency versus p

11、ermeability 文件（tab格式）Tab文件命名為所添加的材料名把tab文件放到如下目錄 “CoreUDM /MaterialData”在Excel中打開目錄“CoreUDM /MaterialData”下的“matdata.tab” 文件Add a row for the material to be added and specify name and other material properties 為新加的材料添加一行，并指定電導率、損耗系數(shù)和密度等其它材料參數(shù)保存文件frequency versus permeability matdata.tab以下設置都自動設置: ge

12、ometry, materials, sources, matrix, mesh operations, and analysis setup求解區(qū)域自動設置, 導線圓角半徑和倒角自動選擇.對于圓導線用戶需要指定圓周分段數(shù)Maxwell Design 求解設置模型所有的幾何尺寸數(shù)據(jù)在Maxwell Design中都以參數(shù)化的形式指定幾何尺寸可手動修改（不需要重新運行Python腳本）幾何尺寸在Maxwell中可以手動修改，但如果要修改線圈層數(shù)或線圈匝數(shù)則必須重新運行腳本文件設計全參數(shù)化Maxwell 求解結果 - Plots用戶可以任意查看各種仿真結果數(shù)據(jù)求解頻率下的阻抗矩陣 通過Simplo

13、rer中的“Dynamic Eddy Current” 鏈接，可以把求解結果以頻變狀態(tài)空間模型的形式輸入到Simplorer中用于電路仿真頻變網(wǎng)表模型也可以通過“Network Data Explorer ”的方式輸出到Pspice中進行仿真分析Right-click on Analysis / Setup1In the NDE window, click on Export BroadbandChoose PSPICE (Renormalize to 1 ohm)Maxwell 求解結果 Matrix and NetlistMaxwell to SimplorerMaxwell to PSp

14、ice通過點擊ETK界面上的“Help” 按鈕獲得查看html格式的文件: C:Program FilesAnsysEMAnsysEM16.1Win64MaxwellsyslibUserDefinedModels LibCoreUDMHelpElectronicTransformerKit_help.html在相同的文件位置查看PDF文件如何獲取幫助信息Help內(nèi)容大綱Maxwell 3D ETK簡介Maxwell 渦流場求解器新功能介紹Maxwell渦流場支持非線性材料渦流場求解器支持非線性鐵磁材料:非線性BH曲線建模過程與瞬態(tài)場中建模過程完全一致Maxwell在求解時通過迭代確定等效工作點二維和三維渦流場求解器支持繞組設置R16 及以前: 只支持電流源R17: 電流源、電壓源、外電路繞組設置功能與瞬態(tài)場求解器完全一致二維和三維渦流場求解器支持繞組設置New Winding Definition渦流場支持GPU加速自由度超過200萬時，GPU加速功能才有效采用GPU功能時，占用一個HPC Pack l