Ansoft Maxwell 工程仿真案例分析

简介：
本资料深入剖析了Ansoft Maxwell在电气工程领域的应用，通过具体工程实例展示了其强大的电磁场仿真功能。 ### Ansoft Maxwell 工程仿真实例解析 #### 一、平板电容器电容计算仿真 ##### 平板电容器模型描述 本实例通过Ansoft Maxwell软件进行平板电容器的电容值计算仿真。该平板电容器的具体参数如下： - **上下两极板**：尺寸均为25mm×25mm×2mm，采用的理想导体材料为pec（Perfect Conductor）。 - **介质层**：尺寸为25mm×25mm×1mm，材料选用mica（云母）作为绝缘介质。 - **激励条件**：通过设置上极板电压为5V，下极板电压为0V来进行电容值的计算。 ##### 模型构建步骤 1. **新建项目**：在Ansoft Maxwell中新建一个Maxwell 3D Design项目，并将其保存为“PlanarCap”。 2. **选择求解器类型**：在新建项目的设置中选择静电场（Electrostatic）作为求解器类型。 3. **创建下极板**：使用Draw > Box命令创建下极板的六面体，其起点坐标设为(0, 0, 0)，尺寸偏移量为(25, 25, 0)与(0, 0, 2)，并将该六面体命名为“DownPlate”，并将其材料设置为pec。 4. **创建上极板**：同样使用Draw > Box命令创建上极板，其起点坐标设为(0, 0, 3)，尺寸偏移量为(25, 25, 0)与(0, 0, 2)，并将该六面体命名为“UpPlate”，材料也设置为pec。 5. **创建介质层**：使用Draw > Box命令创建介质层，其起点坐标设为(0, 0, 2)，尺寸偏移量为(25, 25, 0)与(0, 0, 1)，并将该六面体命名为“medium”，材料设置为mica。 6. **创建计算区域**：为了忽略电场的边缘效应，可以设置计算区域的Padding Percentage为0%。 7. **设置激励条件**：通过选中上极板UpPlate，并设置电压为5V；选中下极板DownPlate，并设置电压为0V。 8. **设置计算参数**：通过设置计算参数Matrix来指定电压值。 9. **设置自适应计算参数**：设置最大迭代次数为10次，误差要求为1%，每次迭代加密剖分单元比例为50%。 10. **运行仿真**：检查模型无误后，运行仿真。 11. **查看结果**：在Maxwell 3D > Results > Solution data > Matrix中查看电容值的结果，本例中计算得到的电容值为31.543 pF。 #### 二、恒定电场问题实例：导体中的电流仿真 ##### 恒定电场简介 恒定电场是指在导体中以恒定速度运动的电荷所产生的电场。在恒定电场中，主要关心的是电流在导体内部的分布情况。 对于Ansoft Maxwell来说，在设置恒定电场时可以采用以下几种方式： 1. **电压激励**：即在导体的不同表面上设置不同的电压值。 2. **电流激励**：即在导体表面施加电流。 3. **汇点**：这是一种用于确保每个导体流入的电流等于流出的电流的设置。通常在不使用电压激励的情况下使用。 ##### 求解器类型 对于恒定电场问题，应选择DC Conduction求解器。此求解器不会计算导体外部的电场，并且在计算过程中忽略材料的介电常数的影响。 ##### 模型构建步骤 1. **新建项目**：在Ansoft Maxwell中新建一个Maxwell 3D Design项目，并将其保存为“DCConduction”。 2. **选择求解器类型**：在新建项目的设置中选择DC Conduction作为求解器类型。 3. **创建导体**：使用Draw > Box命令创建导体，起点坐标设为(1, -0.6, 0)，尺寸偏移量为(1, 0.2, 0.2)，并将该六面体命名为“Conductor”。 以上两个实例分别介绍了如何利用Ansoft Maxwell进行平板电容器的电容值计算以及导体中电流分布的仿真。这些实例不仅适用于初学者了解Ansoft Maxwell的基本操作流程，而且对于更高级的应用场景也有很好的参考价值。通过对这些实例的学习和实践，用户可以更好地掌握Ansoft Maxwell软件的使用