MagNet操作說明TEAM21B

1、MagNet 軟件操作說明 前言本說明文件以TEAM 21B問題為例，介紹MagNet軟件的基本操作步驟。對一個(gè)項(xiàng)目的分析包括以下步驟。建立幾何模型編輯和設(shè)定材料設(shè)置線圈和電路連接設(shè)置邊界條件設(shè)置剖分網(wǎng)格參數(shù)求解后處理目錄1MagNet界面介紹22TEAM21B問題介紹43定義新材料54建模75建立線圈116設(shè)置邊界條件和網(wǎng)格參數(shù)147求解178后處理199電磁和熱耦合仿真231. MagNet界面介紹安裝MagNet和相應(yīng)的License后，可以運(yùn)行MagNet。在Windows系統(tǒng)中，點(diǎn)擊開始>程序>MagNet>MagNet啟動(dòng)MagNet。其主要的界面如下。16141

2、5131211109875613241） 下拉式菜單File：新建、打開、保存文檔，輸入、輸出模型、動(dòng)畫等Edit：Undo、Redo，拷貝，粘貼，刪除。各種類型的選擇功能等。Draw：光標(biāo)方式，畫直線、圓弧、圓等，移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、鏡像等，布爾操作等Model：生成實(shí)體，對實(shí)體進(jìn)行操作，生成線圈，運(yùn)動(dòng)部件等等。Boundary：各種邊界調(diào)節(jié)，表面阻抗，簿壁特征等Circuit：打開電路窗口，設(shè)置電阻、電感、電容、開關(guān)、換向器等電路元件，進(jìn)行連接、移動(dòng)、對齊等。Solve：選擇求解器，設(shè)定求解參數(shù)、時(shí)間步長等。View：各種視圖選項(xiàng)和設(shè)定，光柵網(wǎng)格等。Tools：動(dòng)畫、腳本工具，場量探針，各種工具條

3、的顯示與關(guān)閉，鍵盤、后處理的打開和關(guān)閉操作等。Window：窗口操作等。Help：多個(gè)幫助文件，對應(yīng)相關(guān)操作的日志文件等。2） 邊界條件：磁力線平行（默認(rèn)），磁力線垂直，奇對稱，偶對稱等邊界條件的設(shè)定3） 腳本，運(yùn)行或記錄腳本，VBS格式的文件4） 直線、圓弧網(wǎng)格剖分分段設(shè)定工具5） 模型視圖旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)6） 模型視圖角度調(diào)節(jié)7） 對構(gòu)造線和實(shí)體的移動(dòng)、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、徑向等操作8） 電子元件，用在電路窗口中9） 電子元件的排列10） 項(xiàng)目操作窗口Object：對文件中的元件，線圈，電路等設(shè)定操作Material：定義，編輯材料庫Coil：對線圈定義，電壓電流激勵(lì)，匝數(shù)，導(dǎo)體截面積等。Problem：

4、求解問題列表Field：顯示求解后的各種場量，生成動(dòng)畫等View：各種視圖參數(shù)11） 選取工具，選擇構(gòu)造線，構(gòu)造面，實(shí)體線，實(shí)體面，實(shí)體等。12） 畫線、圓弧、圓等構(gòu)造線的工具13） 生成實(shí)體工具，拉伸，旋轉(zhuǎn)，多段掃描等方式生成3D實(shí)體。14） 模型及結(jié)果顯示窗口15） 電路圖窗口，在必要情況下，要對電路進(jìn)行適當(dāng)外電路連接。16） 鍵盤輸入坐標(biāo)窗口另外，后處理窗口可以通過Tools>Post Processing Bar打開，顯示求解模型的儲(chǔ)能、磁鏈、電壓、電流、運(yùn)動(dòng)等數(shù)值。2. TEAM 21B問題介紹TEAM21問題主要描述磁性或非磁性鋼板中的雜散損耗和磁場分布問題。其中模型B要求計(jì)

5、算兩個(gè)勵(lì)磁線圈的激勵(lì)磁場（方向相反）在一塊鋼板（A3）中的損耗。模型尺寸如下：其中A3鋼板的電導(dǎo)率為6.484×106 S/m，非線性的磁化曲線和磁滯損耗曲線如下表所示。線圈參數(shù)：300匝，導(dǎo)體截面積13.4mm2，勵(lì)磁電流10A（50Hz，rms），電導(dǎo)率5.7143×107S/m。原文參考：pumag.co.uk/problems/P21familydefinition(20051008).pdf3. 定義新材料MagNet自帶多種材料。如果需要輸入新的材料，可以在Material頁面下右鍵點(diǎn)擊UserDefinedMaterials，選擇New User Materi

6、al，然后根據(jù)向?qū)?，設(shè)定電，磁，損耗，熱等特性。特性基于溫度，可以輸入多個(gè)數(shù)據(jù)或多條曲線。如鐵心損耗，可以輸入50Hz和60Hz曲線。根據(jù)向?qū)?，可以設(shè)定B模型提供的A3_TEAM21鋼板材料和Copper: TEAM21銅材料。模型中所用到的材料會(huì)單獨(dú)顯示在ModelMaterials中。如果模型中的新材料是在別的計(jì)算機(jī)上建立，在本計(jì)算機(jī)上打開模型時(shí)，該材料會(huì)以Ø 標(biāo)出。鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)中該材料，直接拖到UserDefinedMaterials中成為自己的材料庫中的成員。如果模型中的某材料和已有材料的參數(shù)不一致，會(huì)以標(biāo)出，此時(shí)在ModelMaterials中右鍵點(diǎn)擊該材料，選擇Update

7、 Model Material，即可以把ModelMaterials中的相應(yīng)材料屬性更新為UserDefinedMaterials中的同名材料。模型自帶的材料特性是不能更改的。但是在生成新材料時(shí)，可以選中某已有材料，拷貝所有的特性到新材料中。材料庫列出了所有可以應(yīng)用到模型中的材料。當(dāng)用戶在某個(gè)部件中使用某一個(gè)材料時(shí)，該材料的備份會(huì)保存在部件中，使得部件的描述更完整。因此，將單獨(dú)一個(gè)部件的文件發(fā)送給相關(guān)同事時(shí)，不需要將整個(gè)材料庫發(fā)送給對方。4 建模Step 1，畫構(gòu)造線根據(jù)模型的對稱性，只建立1/4模型即可。啟動(dòng)MagNet，在Object 下點(diǎn)中文件名（即項(xiàng)目名），右鍵屬性，在Units頁面下

8、，設(shè)定單位為毫米，毫秒，赫茲，攝氏度。保存文件，例如保存為TEAM21B_step1.mn。*.mn為MagNet可以識(shí)別的文件后綴，此文件可以在ElecNet和ThermNet中打開，即模型在Infolytica系列軟件中是通用的。在View頁面下可以設(shè)定曲線的顯示方式，例如可以設(shè)定一度為一段顯示。在右側(cè)建模窗口中畫構(gòu)造線，構(gòu)造線是畫在構(gòu)造面上（Construction Slice），默認(rèn)的構(gòu)造面是XY平面，它是可以移動(dòng)到任意位置或任意平面上。根據(jù)B模型的尺寸，應(yīng)用線和圓弧工具，畫出如圖所示的構(gòu)造線。實(shí)際坐標(biāo)是通過鍵盤輸入窗口（Keyboard Input Bar）輸入的，或在窗口中用鼠標(biāo)輸

9、入。Keyboard Input Bar在Tools下可以打開。如畫一條從（3，0）到（7，8）的線段，先點(diǎn)擊add Line，再在Keyboard Input Bar里面輸入起點(diǎn)（3，0），回車，再輸入（7，8），回車，即得到該線段。如果連續(xù)如此輸入，則得到首尾連接的多條線段?？梢栽赩iew菜單下打開或關(guān)閉光柵（Construction Grid）。通過Set Construction Grid可以設(shè)定光柵尺寸。在Draw 菜單下，可以設(shè)定Snap Modes。構(gòu)造線也可以以dxf格式從外部導(dǎo)入，通過File菜單中的Import實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)入前先要對模型設(shè)定相應(yīng)的單位。然后再經(jīng)過拉伸、旋轉(zhuǎn)等生成

10、3D實(shí)體。Step 2，生成實(shí)體采用其他CAD軟件建立的2D/3D模型可以方便地與MagNet接口。可導(dǎo)入/導(dǎo)出的文件類型包括：AutoCAD, SAT, CATIA, PRO/E, IGES, STEP, INVENTOR等。模型也可以直接在MagNet里面建立?；赗aster Graphics技術(shù)，通過畫線，圓弧，圓或它們的組合，生成封閉區(qū)域，再對這個(gè)封閉區(qū)域做拉伸，旋轉(zhuǎn)等來生成實(shí)體。2D作圖是在Construction Slice上完成的，默認(rèn)的Construction Slice是XY平面。當(dāng)然這個(gè)Construction Slice可以移動(dòng)到3D空間的任何地方，再作圖和生成實(shí)體。用

11、“Select Construction Slice Surfaces”選擇線圈構(gòu)造線所圈起的區(qū)域，生成名為Upper Coil的線圈。彈出對話框，設(shè)定參數(shù)，如拉伸距離，選擇材料，定義實(shí)體的名字等。用同樣的方法可以生成拉伸長度為260mm，材料為A3_TEAM21的鋼板steel plate。接下來建立空氣包。建立兩個(gè)，便于設(shè)定網(wǎng)格等。必須注意的是，在生成空氣包時(shí)，可以先刪除鋼板和線圈的構(gòu)造線。這樣可以選擇到所有區(qū)域。同時(shí)選中Ignore holes。這樣當(dāng)內(nèi)部實(shí)體移動(dòng)時(shí)，移過的部分會(huì)自動(dòng)被空氣填充。根據(jù)B模型尺寸，Upper Coil與中心面（XY平面）的距離是12mm，因此沿Z軸移動(dòng)此實(shí)體

12、12mm。刪除所有的構(gòu)造線，完整的模型如下圖。5. 建立線圈Step 3，生成線圈線圈是建立在導(dǎo)電實(shí)體（Upper Coil）基礎(chǔ)上的，可以生成匝線圈（Stranded）或固體線圈（Solid）。先選擇Upper Coil的Face#3和Face#9，點(diǎn)擊Model菜單中的make simple coil，生成線圈Coil1。在兩個(gè)端面上顯示電流的假定流入流出方向。當(dāng)然，這個(gè)方向可以更改。接下來在Coil頁面下設(shè)定線圈的屬性，如匝數(shù)，電流或電壓激勵(lì)，是否把線圈放在電路中等。導(dǎo)體截面積在參數(shù)頁面下設(shè)定（StrandArea），注意單位是平方米。把所有的線圈都定義好后，如有必要外接驅(qū)動(dòng)電路，可以打

13、開“Circuit>New Circuit Window”，在電路窗口建立設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電路，并將電路與所分析的模型相連。本模型不需要外接電路。6. 設(shè)定邊界條件和網(wǎng)格參數(shù)Step 4 邊界條件和網(wǎng)格設(shè)定邊界條件定義了在邊界和未求解區(qū)域的場分布情況。默認(rèn)的一元邊界條件是磁力線平行于邊界。對于部分建模的電機(jī)，比如只求解一個(gè)極或兩個(gè)極，則要定義二元邊界條件：奇對稱（Odd Periodic Boundary）或偶對稱（Even Periodic Boundary）邊界條件。本模型所有的邊界都是磁力線平行于邊界面，因此是默認(rèn)的邊界條件，可以不顯示設(shè)定。為提高求解精度和速度，對不同的實(shí)體和表面，可以

14、設(shè)定不同的網(wǎng)格大小。另外還可以設(shè)定直線，圓弧分段來控制網(wǎng)格數(shù)，或者設(shè)定曲率大小來控制網(wǎng)格數(shù)。除了設(shè)定網(wǎng)格大小外，在網(wǎng)格求解階次上，不同元件也可以不同，如鋼板設(shè)為3階求解，其它設(shè)為2階求解。點(diǎn)擊steel plate，右鍵屬性，設(shè)定求解階次（Polynomial order）為3階。在Mesh頁面下，設(shè)定最大網(wǎng)格尺寸為10mm。Infolytica軟件獨(dú)特的3D Mesh Layer技術(shù)，可以在有集膚效應(yīng)的實(shí)體表面上設(shè)定剖分分層參數(shù)，目的是在不大量增加網(wǎng)格數(shù)量的情況下提高求解精度。選擇steel plate 的Face4，右鍵屬性，在Mesh Layers頁面下設(shè)定參數(shù)。選擇steel plat

15、e 的Face6，右鍵屬性，在Mesh Layers頁面下設(shè)定參數(shù)。7. 求解Step 5 求解設(shè)定在Solve菜單下設(shè)定求解參數(shù)（Set Solver Options）。對非線性磁化曲線，MagNet默認(rèn)的應(yīng)用方式是磁化曲線上磁導(dǎo)率是單調(diào)下降的。對于向A3鋼這樣的磁化曲線，為了完全使用曲線上的點(diǎn)，需要設(shè)定控制參數(shù)。在文件名右鍵屬性里參數(shù)頁面下設(shè)定MaterialIncludeRayleighRegion 參數(shù)為Yes。對于較老的版本，可以在參數(shù)頁空白行里添加關(guān)鍵字UseRayleighRegion>Yes.對不同問題，選擇合適的求解器。如2D或3D、靜態(tài)或動(dòng)態(tài)。本模型選擇Time-Ha

16、rmonic 3D，來求解。求解過程，進(jìn)度顯示如下。根據(jù)計(jì)算機(jī)配置的不同，求解時(shí)間大約為58個(gè)小時(shí)，內(nèi)存使用小于450Mb。8. 后處理Step 6 后處理操作求解完成后，在Tools菜單下打開Post Processing Bar，顯示儲(chǔ)能，磁鏈，電阻損耗，電流和電壓等結(jié)果。如鋼板的渦流損耗為1.9871W。計(jì)算鋼板中磁滯損耗工具是以窗體插件的形式實(shí)現(xiàn)的。插件名為IntegrateField.frm。在文件菜單下打開IntegrateField.frm，選擇Iron loss，點(diǎn)擊Integrate按鈕，得到磁滯損耗值1.2158W因此，完整模型的鋼板損耗為4×（1.98711.2

17、158）12.8116W，實(shí)際模型測量值為12.65W，誤差為1.277%。求解后，可以在“Field”窗口顯示各種場量。如磁力線、磁密，渦流分布等等。對于時(shí)間諧振、瞬態(tài)和參數(shù)化求解的結(jié)果，還可以生成動(dòng)畫。 所顯示的場量數(shù)據(jù)可以通過“Probe Field”系列工具來提取。另外，可以通過Tools菜單下的Field Sampler工具，來獲得任意點(diǎn)、線、面上的各種數(shù)據(jù)。比如本模型要求線段（從坐標(biāo)（5.76,0,0）到（5.76,0,227.5）上的磁密B X分量最大值?？梢酝ㄟ^Field Sampler實(shí)現(xiàn)。如下圖所示。得到的數(shù)據(jù)和實(shí)際測量值的比較曲線如下圖。二者非常吻合。9電磁和熱耦合仿真S

18、tep 7 MagNet-ThermNet 耦合仿真MagNet和ThermNet耦合仿真，可以得到電磁和熱的結(jié)果。首先在建立新材料時(shí)，要設(shè)定熱特性，如材料的熱傳導(dǎo)率和熱容率。A3_TEAM21和Copper: TEAM21都設(shè)定了熱特性。在MagNet建立的模型可以在ThermNet中打開。也可以在MagNet中直接啟動(dòng)ThermNet。在File菜單中選擇Exit & Start ThermNet，可以直接啟動(dòng)ThermNet。 在ThermNet中，空氣是不參與求解的，因此先選中Airbox和BigAirbox，右鍵點(diǎn)擊，選Disable，即在ThermNet中，空氣不參與計(jì)算。在其