浅谈Ansoft Maxwell软件在小型化真空灭弧室绝缘优化设计中的应用

利用计算机辅助设计技术已经越来越受到研究人员的重视,它可以实现快速有效的设计而且可以优化产品的结构与性能。随着真空灭弧室不断走向小型化,其内部绝缘的优化设计至关重要,本文介绍一种比较简便实用的有限元分析软件——Ansoft Maxwell,运用其强大的电场分析功能,对所设计的小型化真空灭弧室内部电场进行定性分析,进而实现对小型化真空灭弧室内部结构的优化设计,使其获得较高的绝缘水平。

基于Maxwell软件的耦合线圈设计与优化

无线电力传输系统的效率很大程度上取决于两个线圈中的损耗。而线圈中的损耗主要是与线圈本身参数及两线圈耦合系数有关。文章通过Maxwell软件对耦合线圈结构进行设计和优化,以达到在耦合线圈距离相同情况下耦合系数最优的目的,从而提高系统的效率及稳定性。

基于Maxwell的高压直流接触器静态和动态特性仿真

为了对某直流接触器的动作性能进行更加深入地了解和优化,对其静态、动态特性进行了分析。首先,论述了直流接触器的静态特性,根据该接触器的动作过程建立了反力方程,通过Maxwell软件分析了静态特性的吸反力曲线;然后,对接触器的动态特性进行理论分析,并通过Maxwell软件计算了动态特性的吸反力曲线、速度特性、位移特性及电流特性;最后,通过试验验证仿真结果。

基于Maxwell的手机无线充电耦合线圈仿真分析

无线电能传输效率在很大程度上取决于耦合线圈的耦合系数。为了提高两线圈间的耦合系数,针对目前手机无线充电通常采用的平面线圈结构进行建模,使用Maxwell对常见平面圆形和平面方形两种线圈进行仿真分析,择出最优形状并对最优形状线圈的内外径、匝间距、有无磁芯进行仿真分析。结果表明:改变线圈内外径均能改变线圈的耦合系数,外径变化对耦合系数的影响更大;不同匝间距的线圈,其耦合系数也不相同,匝间距等减线圈能够有更高的耦合系数;有磁芯线圈相较于无磁芯线圈可以获得更高的耦合系数。

利用Ansoft Maxwell14仿真软件分析电机铁心穿心圆杆发热原因及防止发热预防措施

借助仿真技术分析故障原因,利用Ansoft Maxwell 142D软件中的瞬态场从理论上分析了导杆发热的根源,对防止发热提出了预防措施。

基于Ansoft Maxwell圆机选针电磁阀仿真分析

为提高电磁阀的性能,利用Ansoft Maxwell软件建立电磁阀的3D有限元模型,并运用该模型进行电磁场静态仿真分析。研究永磁体组件在两个关键位置上所受电磁力随电磁阀的线圈安匝数、永磁体材料等级、铁芯直径、永磁体与铁芯之间的气隙宽度这4个参数变化的曲线。依据仿真分析结果,结合电磁阀实际结构、工作稳定性等情况,最终选择电磁阀的优化设计参数为线圈安匝数102安匝,永磁体等级使用N48H,铁芯直径2.5 mm,气隙宽度0.5 mm。

基于Maxwell与Simplorer的三相异步电机变绕组调速系统仿真

针对电动汽车电机驱动系统的宽调速范围要求,分析一种通过改变定子绕组等效匝数来拓宽三相异步电机调速范围的方法,由于采用该调速方法在绕组切换过程中会引起电机参数突变,目前还缺乏有效的暂态过程分析手段,无法应对可能的电流冲击、转矩波动甚至功率器件损毁等情况。本文基于场路耦合仿真的解决思路,重点讨论如何使用Maxwell与Simplorer软件工具对绕组切换的暂态过程进行联合仿真,解决其中9抽头电机建模、端部参数提取以及控制环路设计等问题。研究表明联合仿真结果准确,可以作为有效分析的手段。

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

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。

基于Ansoft Maxwell 2D的开关磁阻电机仿真研究

基于A nsoftM axw e ll 2D的仿真环境,建立了开关磁阻电动机(SRM)的系统仿真模型。在建立仿真模型基础上,对电动机的基本特性进行了仿真研究,获得了电机不同位置时的磁场分布、静态电磁参数和动态性能仿真结果。仿真结果可以用于指导该型电机及其控制系统的设计和优化。

基于Ansoft Maxwell与Simplorer的磁控电抗器建模方法研究

建立准确反映磁控电抗器动、静态特性的数学模型对提高应用场景下对象的控制性能具有重要意义。在已知磁控电抗器的结构、材料、电压等级和容量的前提下,使用Ansoft Maxwell与Simplorer软件平台,通过场路耦合等多物理域联合计算,给出了一种通用的磁控电抗器建模方法。该方法不仅能准确得到磁控电抗器的静态特性,而且能通过各工作点下的阶跃响应得到电抗器的动态特性。算例结果表明,建模过程按步骤操作,建模结果准确,可以使用简单控制方法实现控制目标,控制效果好。

基于Ansoft Maxwell的永磁磁力耦合器磁场分析

永磁耦合器能实现电动机和风机、泵类负载间的无机械连接传动,不仅具有调速性能,而且能实现隔振、软启动、软停止,可以适应恶劣环境。通过三维绘图软件绘制永磁磁力耦合器的传动部件,将模型导入Ansoft Maxwell软件进行三维静态场以及瞬态场的有限元分析,得出永磁耦合器传动部件在不同气隙下,转差和关键部件的磁密分布、电涡流密度、轴向力、输出转矩的关系,为磁力耦合器的设计制造提供理论依据。

基于ANSYS Maxwell配电变压器周围工频电磁场分布研究

针对市民就居民区附近变配电设备的电磁影响与电力建设部门产生矛盾冲突等问题,采用有限元仿真软件ANSYS Maxwell搭建100kVA三相油浸式配电变压器的实体模型,通过分析高压侧绕组的输入电压、感应电压及低压侧绕组感应电流波形图,侧面验证了模型的正确性、有效性与可靠性。通过理论分析与云图观察相结合的方式,定性研究了变压器内外部磁感应强度分布随相位的变化情况,最后选取变压器两侧的具体场点,定量探究了在这些场点处磁感应强度随距离的衰减规律,得到在3m外的区域变压器对人体影响较小的结论,并结合实际情况,给出了合理的工程建议与日常生活的注意事项。

基于MAXWELL电涡流阻尼装置的有限元分析

为确保下运带式输送机的安全运行,实现其平稳制动,避免发生飞车、叠带等事故,提出采用电涡流阻尼托辊装置,通过控制其电流的大小来实现制动的调节。简述了电涡流阻尼装置的结构和原理,利用MAXWELL软件的静态场和瞬态场求解器,得到了稳定条件下电涡流阻尼装置的磁感应强度和电涡流密度的分布云图,分析了其分布特点及规律,并计算了电涡流阻尼托辊的阻尼力矩。结果表明,所设计的电涡流阻尼装置在制动时有较好的阻尼效果,有助于保障下运带式输送机的平稳运行。

基于Maxwell的直流DC-DC变换器电感的防饱和设计

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.

基于混纺平纹织物的静电吸附式抓取技术研究

为了实现机械手更好地对混纺平纹织物进行抓取,课题组研究了静电吸附式抓取技术。首先,通过分析混纺平纹织物结构特性,建立混纺平纹织物三维模型与等效介电常数计算模型,并对织物在电场中受力情况进行研究;其次,结合Maxwell应力张量计算方法,建立二维静电吸附力模型,研究不同配置类型的静电极板产生的吸附力大小,用于指导静电极板的配置结构设计。结果表明:织物的等效介电常数与各纤维的体积分数和分布形态有关;织物所受到的静电吸附力随极板所施电压的增加而增大,并与其平方成正比,验证了使用静电吸附式抓取织物的有效性;通过对不同配置类型极板的吸附效果的对比,确定了最优的极板结构。该研究为静电吸附式技术在服装面料抓取领域中的应用提供了重要参考。

消反峰电路对电磁阀性能的影响分析

电磁阀在航天器中应用广泛。消反峰电路是电磁阀控制系统中重要的组成部分,且对电磁阀的性能有显著影响。为了获得消反峰电路对电磁阀性能的影响,基于Maxwell软件对某轴流直动式电磁阀及其消反峰电路进行研究。通过将电磁阀某工况下的静态和瞬态仿真结果与试验数据进行对比,验证了仿真模型的有效性。同时仿真对比了有、无消反峰电路及不同消峰电阻下的电磁阀性能,得到释放响应时间随消峰电阻的增大而减小,而感应电动势随消峰电阻的增大而增大的规律,同时发现消峰电阻对电磁阀性能的影响存在一个转折点,选择此点作为电磁阀控制系统的设计点可以得到更优的方案,进而提出从消反峰电路角度优化电磁阀控制系统的方案,为电磁阀控制系统的优化设计提供参考。

人工血泵用空心杯电机设计

为了改善目前血泵用电机存在的稳定性差、效率低等问题,课题组设计了一种电枢直径为4.8 mm,转速为35000 r/min的血泵用空心杯微电机。结构上采用空心杯结构,以避免齿槽效应、减小涡流效应;基于ANSYS Maxwell有限元分析软件,采用RMxprt模块对空心杯电机进行了结构设计和性能分析,采用Maxwell3D模块建立了空心杯电机的三维有限元仿真模型,在此基础上通过静态磁场、空载和额定负载下的仿真,获得了空心杯电机工作状态下的电磁数据,并对该空心杯电机的电磁设计性能进行了分析。结果表明:实验所设计血泵用空心杯电机结构设计合理,电磁性能良好,空心杯电机效率约为79%。该研究为血泵用空心杯电机的设计与优化提供了参考。

组织等效正比计数器结构优化设计

为优化设计密闭式组织等效正比计数器(TEPC)结构,首先采用Maxwell软件对两种待选结构探测器的电场分布进行了模拟,初步确定出探测器主体为圆柱体加场管的结构。为了考察TEPC的电场分布的均匀性,研制了流气式TEPC,并设计实验对其电场分布进行了测试。基于流气式TEPC的结构参数,研制了TEPC装置,并对其探测器的电子学噪声水平进行了测试。实验结果表明,TEPC的电场分布均匀性、噪声水平等电子学性能基本满足辐射测量要求。

高频电磁水处理器处理腔的仿真与设计

处理腔是高频电磁水处理器的重要组成部件,为了确定何种处理腔结构对高频电磁阻垢除垢具有更佳的效果,利用Ansoft Maxwell软件建立了有限元模型,对两种常见的处理腔,即同轴电极式处理腔和缠绕电极式处理腔内的电磁场能量分布进行仿真计算,比较了两种处理腔向水体释放电磁能量的大小以及处理腔内观测点的瞬时能量密度的分布特征。仿真分析表明,当施加相同的激励源并处理相同体积的水时,同轴电极式处理腔内的电磁能量远大于缠绕电极式处理腔;但是同轴电极式处理腔内电磁能量分布不均匀,由阳极向阴极依次递减,而缠绕电极式处理腔内电磁能量分布较为均匀。这些结论对于高频电磁水处理器处理腔的设计具有重要的指导意义。

永磁无刷单相电机场路耦合有限元仿真与实验研究

针对永磁无刷单相电机在异步起动时必须借助起动副绕组而需进行电容切换,导致电机结构复杂和可靠性降低的问题,首先从电机的电磁设计入手,提出了一种电机磁路不对称、具有自起动能力的永磁无刷单相电机结构,然后采用V/f控制的变频控制方法,实现了电机带额定负载的平滑自起动和稳定运行。并利用Maxwell软件建立了电机的场路耦合有限元仿真模型,对电机及其控制系统进行了仿真分析。最后利用样机及其控制器的实验平台对样机系统的各种运行状态进行了实验测试,并将实验结果与有限元仿真结果进行了对比分析,两者达到了很好的一致性。研究结果表明,气隙不对称永磁无刷单相电机系统具有自起动迅速、运动平稳、效率较高的特性,在空调等家用电器领域具有很好的应用前景。