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
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的空心线圈电感仿真分析
LUO Xin ，WU Wei (Key Laboratory of Nondestructive Testing (Ministry of Education), Nanchang Hangkong University, Nanchang, 330063,
2.2 线圈的仿真
用 ANSYS 实现空心线圈的仿真分析主要有前处理、求解和后处理三步。在前处理中，建立一 个内径为 30mm，外径为 32mm，线圈长度为 54mm，线圈共有 240 匝，材质为紫铜。在 ANSYS 中 定义线圈参数建立电感矩阵，选用 SOLID117 单元，导电区用 AZ-VOLT 自由度，对不导电区用 AZ 自由度。建立一个线圈模型如图 2，并在线圈外加一个空气场如图 3。
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（1）
第五届无损检测高等教育发展论坛学术交流会论文集 式中， 为外自感， 为内自感其计算公式为：
，
（2）
（3）
式中，
， 为第一类完全椭圆积分， 为第二类完全椭圆积分。
2 线圈电感的仿真实现方法
2.1 ANSYS 仿真软件简介
现如今用于电磁场的软件有 Maxwell2D/3D 软件、Flux 软件和 ANSYS 软件。前两种软件操作 简单但是功能较为单一，而 ANSYS 软件是一种大型通用的有限元分析软件，可分析电磁场多方面 的问题,如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、电路和能量损失等。还可 用于螺线管调节器、发电机、变压器电解槽及无损耗检测装置等的设计和分析领域[2]。
China)
Abstract: The inductance coil is applied widely in the fields of electrical, electronic and radio etc…. This article mainly introduced the use of ANSYS finite element simulation software for simulation and inductance of air-core coil, and the comparative analysis with the measured values of coil winding, simulated and measured results are consistent. The conclusion of this paper can be used to production of inductance coil to provide certain reference function. Key words: Air core coil，Simulation by ANSYS，Inductanc
基于ANSYS仿真软件的二次电源结构仿真验证
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。
ANSYS-Maxwell-2D求解齿槽转矩、饱和电感、饱和磁链的几种方法
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。
(完整版)Maxwell与Simplorer联合仿真方法及注意问题
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
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。
基于ANSYSMaxwell的750kV自耦变压器直流偏磁仿真_刘渝根
高电压技术 第 ３ ９卷 第１期 ２ ０ １ ３年１月３ １日
，Ｖ Ｈ ｉ ｈ Ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｅ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｏ ｌ ． ３ ９，Ｎ ｏ ． １， Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ３ １， ２ ０ １ ３ ｇ ｇ ｇ ｇ ｙ
基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｍ ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ的７ ５ ０ｋ Ｖ 自耦变压器直流偏磁仿真
［ ］ ５ ６ －
， 直流电流通过中性点流入变压器绕组
时会产生直流偏磁现象 ， 铁芯因高度半周过饱和而
） 。 基金资助项目 ：国家创新研究群体基金 （ ５ １ ０ ２ １ ０ ０ ５ Ｐ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ｓ ｕ ｏ ｒ ｔ ｅ ｄ ｂ Ｆ ｕ ｎ ｄ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｓ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｊ ｐ ｐ ｙ ｐ （ ） ５ １ ０ ２ １ ０ ０ ５ ．
１ 变压器场路耦合模型的建立
１ ． １ 基本理论 电磁 分 析 问 题 实 际 上 是 求 解 给 定 边 界 下 的 Ｍ ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ方程组问题 ， Ｍ ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ方程组是研究和分析 变压器内部 Ｍ 电磁现象的一个基本依据 ， ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ方
］ １ ９ 程的微分形式满足［
０ 引言
我国电能资源的供需分布不均 ， 为满足大功率、 远距离跨区输电的要求 ， 高压直流输电在中国电网 中的地位越来越重要
［ ］ １ ３ －
增加了变压器的无功 使励磁电流产生较大的谐波 ， 消耗， 造成变压器振动增强 ， 金属结构件和油箱局部
］ ７ １ ０ － ， 过热， 对变压器的稳定运行带来极大影响［ 因此
Ｄ Ｃ Ｂ ｉ ａ ｓ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ７ ５ ０ｋ Ｖ Ａ ｕ ｔ ｏ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｒ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｍ ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ
手把手教您 Ansoft Maxwell 工程仿真实例
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 Coil Modeler > Surface > Section Modeler > 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”
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> Excitations > Assign（计划，分配） >Voltage > 5V 选中下极板DownPlate, Maxwell 3D> Excitations > Assign >Voltage > 0V 3.设置计算参数（Assign Executive Parameter） Maxwell 3D > Parameters > Assign > Matrix （矩阵）> Voltage1, Voltage2 4.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 > 50% 5. Check & Run 6. 查看结果 Maxwell 3D > Reselts > Solution data > Matrix 电容值：31.543pF
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[5] FELZENSZWALB P F,GIRSHICK R B ,MCALLESTER D， et al. Object Detection with Discriminatively Trained Part-Based Models[J ]. IEEE Transactions on Pattern Analy sis & Machine Intelligence.2014,47(2): 6-7.
提高了仿真精度和效率。并 通 过 A N SYS M axw ell的仿真模 型与实际测量进行对比校验。
1 电感设计方法
1.1磁心线圈设计
大 部 分 的 电 感 是 没 有 标 准 化 产 品 ，所 以 需 要 定 制 加 工 ，现 在 比 较 常 用 的 电 感 设 计 方 法 为 A P 法 [1]。 即用磁心 的截面积A e和窗口截面积A w 的乘积来确定该磁心的容 量。
[2] RED M O N J, FARHADIA. YOLO9000: Better, Faster, Stronger[J ].Computer Vision and Pattern Recognition.2016.
[3] D ALAL N, TRIGGS B .Histograms o f oriented gradients for human detection[C],IEEE Computer Society Conference on Computer Vision & Pattern Recognition,2005,886-893.
[6] SERMANET P,EIGEN Ds ZHANG X ,et al.OverFeat:In tegrated Recognition, Localization and Detection using Convolutional Networks[J ].Eprint Arxiv.2013.
文献标识码:A
文 章 编 号 ：1673-1131(2018)05-0072-03
Inductance D esign And Sim ulation Verification Based On AN SY S M axwell
Zhai Fangyu,Sun Peide (Information Science and Technology,Donghua University,Shanghai 201620sChina) Abstract:For in the design o f inductance,too many parameters affecting the design result.The design o f inductance design, which has been considered in terms of energy storage,magnetic core saturation magnetic induction,coil loss,and so on,to in crease the accuracy o f the inductance design,optimize the design o f air gap inductance,establish a simple magnetic core loss calculation formula,and model the ing the finite element analysis software A N SYS Maxwell to simulate the inductance model.The experimental results are in accordance with the theoretical analysis. Key words:Inductive design；air gap;Core loss;A X SY S Maxwel
的电感设计方法，从而提高电感设计的精确度,优化带气隙电感设计，建立简洁的磁心损耗计算公式,并对电感进行建模。
利用有限元分析软件ANSYS Maxwell对电感模型进行仿真实验。绕制电感样品进行仿真校验,实验结果与理论分析吻合。
关 键 词 ：电感设计；气隙;磁心损耗;A X SY S Maxwell
中图分类号:TM46
〇 引言
随着电力电子技术的进步，在整流器中使用高频铁氧体 磁心电感变得越来越多。然而由于铁氧体介质中的B -H 曲线 是 非 线 性 ，使 电 感 量 的 计 算 变 得 很 复 杂 ,现 有 的 计 算 公 式 又 多 且 各 不 相 同 ，使 读 者 无 所 适 从 [1_2345]67。因此本文通过对几种不同的 电感设计方法进行分析，整理出一套工程上实用的电感设计方 法 。然后计算带气隙的铁氧体电感的主要参数。使用先进的 有限元磁场分析工具ANSYS Maxwell对电感进行建模仿真，
2018年 第 5 期 (总第 185 期）
信息通信 INFORMATION & COMMUNICATIONS
2018 (Sum. No 185)
基 于 ANSYS maxwell的电感设计与仿真校验
翟方宇，孙培德
(东华大学信息科学与技术学院，上 海 201620)
摘 要 :针 对 在 电 感 设 计 中 ，影 响 其 设 计 结 果 参 数 过 多 。提 出 了 从 能 量 存 储 、磁 心 的 饱 和 磁 感 应 强 度 、线圈损耗等方面考虑
[4] DOLLaR P,TU Z ,PERONA P,et al.Integral Channel Features[C]sBritish Machine Vision Conference,BMVC 2009, London,UK,September 7-10,2009. Proceedings,2009.