Maxwell线圈参数计算:电感、力、损耗,3个结果怎么看
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做Maxwell电磁仿真,线圈是最基础的模型。但很多人算完线圈,不知道该看什么结果,或者勾选了错误的求解项,导致结果出不来。这个螺旋线圈案例,把参数计算的核心设置都覆盖了。
案例是一个螺旋线圈,施加电流激励,求解不同频率下的电感、力和损耗。用的是涡流场求解器,计算速度快。
细节1:求解项要先勾选,不然结果出不来
Maxwell里不是所有结果都默认输出的,需要在参数计算(Parameters/Optimetrics)里手动勾选。常用的三个求解项:
电感(Inductance):线圈的自感和互感,只有一个线圈时就是自感
力(Force):线圈受到的电磁力,可以看单个线圈的力,也可以看所有线圈的合力
损耗(Loss):线圈的铜损和铁芯损耗,涡流场里默认勾选
勾选的时候注意:力的结果有两种,单个物体的力和所有物体的合力,两个结果大小完全不一样,别搞混了。
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细节2:涡流场比瞬态场快,适合参数扫描
线圈仿真有两种求解器:涡流场(Eddy Current)和瞬态场(Transient)。
涡流场是频域求解,假设正弦稳态,计算速度快,适合做参数扫描和频率特性分析。瞬态场是时域求解,可以看随时间变化的过程,但计算慢得多。
如果只是看不同频率下的电感、力、损耗,用涡流场就够了。如果需要看启动过程、非线性饱和、随时间的力波动,才用瞬态场。
细节3:频率对三个结果的影响完全不同
这个案例做了不同频率下的参数扫描,结果很有代表性:
电感:随频率变化很小,因为电感主要由线圈几何和磁路决定,频率影响的是涡流效应,对电感的影响不大
力:大小基本保持不变,因为电流幅值固定,电磁力由电流和磁场决定,频率影响不大
损耗:随频率增加持续增加,这是最明显的趋势。因为频率越高,涡流效应越强,集肤效应越明显,铜损和铁损都增加
所以做高频线圈设计的时候,损耗是最需要关注的指标,电感和力的频率特性可以近似为常数
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细节4:边界条件用气球边界,对称模型省一半
线圈仿真的外边界用气球边界(Balloon Boundary),模拟无限远空间。如果模型是对称的,可以只建一半,对称面上加对称边界条件,计算量省一半。
注意:对称边界有两种,奇对称和偶对称,要根据场的方向选择。磁场垂直于对称面用偶对称,平行于对称面用奇对称,别搞反了。
细节5:材料设置别漏了,空气域也要给材料
线圈仿真需要给所有物体分配材料:线圈给铜(或绕组Coil),铁芯给铁磁材料,空气域给真空。很多新手只给线圈和铁芯赋材料,忘了空气域,导致求解报错。
绕组材料用Coil,不是普通的铜。Coil材料可以设置匝数、导线截面积、填充系数等参数,比直接用铜更准确。如果是实心导体,用铜就
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