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cst如何计算交流线圈上方磁铁受力-博天堂登陆

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2023-12-13 | 31 次浏览 | 分享到:

低频时域求解器(lt-solver)可用于求解时域中的瞬态电磁场问题,它可以计算随时间变化的损耗和能量,也可以计算力和扭矩。低频时域求解器可以求解两种类型的方程:准静磁 (mqs)和 准静电 (eqs)。由于线圈中通交变电流,因此需要采用lt-solver,因为lt-solver才可以设置excitation signal。

1.首先新建一个仿真工程(在此示例中我们选择不使用仿真模板创建新的仿真工程):启动cst后,点击功能区的file选项卡,进入到下图所示的界面。选择new and recent,点击页面左下角的3d  simulation,在其下拉菜单中选择low frequency后,进入到仿真工程界面。

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2.新建仿真工程后,首先在 home 选项卡下点击units图标,进入下图所示对话框,将单位设置为mm, hz, s。

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3.在 home 选项卡下展开setup solver图标的下拉菜单,选择lf time domain solver,将求解器切换到低频时域求解器。

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4.创建线圈,首先创建一个矩形来定义线圈的横截面:在modeling选项卡下,展开curves的下拉菜单,点击rectangle,按esc键弹出对话框。

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5.在弹出的rectangle对话框中,按下图所示输入矩形截面的尺寸,然后点击ok按钮完成。

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6.创建线圈的路径:在modeling选项卡下,点击local wcs图标,激活局部坐标系,然后点击local wcs图标旁边的transform wcs图标,弹出transform local coordinate system对话框,将局部坐标系绕v轴旋转90°。

   cst如何计算交流线圈上方磁铁受力

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7.再创建一个矩形来定义线圈的路径,在modeling选项卡下,展开curves下拉菜单,点击rectangle,按esc键弹出rectangle对话框。按下图所示输入矩形的尺寸,点击ok按钮完成。

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8.在simulation选项卡下,点击线圈图标的下拉菜单,选择coil。然后在3d界面中先双击线圈矩形轮廓rectangle1,再双击线圈路径rectangle2,弹出define coil的对话框。

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9.在弹出的对话框中设置线圈电流为5a,线圈匝数为100,然后点击ok按钮完成,这样就创建了一个线圈。

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创建好的线圈如下图所示:

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10.创建位于线圈上方的磁铁:在modeling选项卡下点击六面体图标,弹出brick对话框。

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11.在弹出的对话框中按下图所示尺寸创建磁铁,其中磁铁与线圈的垂直距离(w方向上)设为变量d,d初始值设为2。在material一栏中,在其下拉选项中选择load from library,进入到load from material library对话框。

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12.在load from material library对话框搜索steel,选择steel-1008,此材料通过软磁bh曲线来描述其非线性特性。点击下方的load按钮后,将steel-1008从cst材料库中加载并使用,然后回到brick的对话框,点击ok按钮完成。

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模型创建完成,如下图所示:

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13.设置边界条件:在simulation选项卡下,点击boundaries图标,弹出boundary conditions对话框,在所有方向上均设置为电边界。

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14.设置背景属性:在simulation选项卡下,点击background图标,在结构周围增加一些空间,建议背景加大一些。此示例中增加的空间如下图所示,仅作参考;要想更准确,需要进行边界条件收敛验证,一般大一点更准,但所需仿真时间更长。

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15.设置网格:在simulation选项卡下,点击global properties图标,弹出网格属性对话框,按下方右图所示设置网格,点击ok完成。网格数量可以适当增加,对提高精度也有好处。

 

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16.创建一个交流激励信号,在导航树中选中excitation signals,然后右键选择new excitation signal,弹出激励信号对话框。

 

17.在弹出的excitation signal对话框中,信号命名为signal1,signal type选择正弦信号sine,信号持续时间ttotal为1s,信号频率frequency为10hz,点击ok完成。

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18.设置场监视器:在simulation选项卡下,点击field monitor图标,弹出3d field monitor对话框。

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19.在type一栏选择b-field,start time设置为0, step width设置为0.05,然后点击apply按钮,磁感应强度监视器设置完成。按照同样的方式,在type的下拉菜单中选择磁场h-field、电场e-field和cond. current dens.,设置磁场/电场/电流监视器。

 

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20.定义力监视器:如果要计算力,必须定义监视器。在simulation选项卡下,点击monitor on entity的下拉菜单,选择monitor on volume,弹出对话框。type一栏设置为force and torque(力和扭矩),monitor volume一栏选择磁铁solid1,也就是监控磁铁上所受的力。点击ok按钮完成。

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21.在simulation选项卡下,点击lt求解器图标,进入低频时域求解器参数对话框。equation type选择magnetoquasistatic(准静磁),网格类型为tetrahedral(四面体),仿真持续时间设为1.2s,时间积分类型选择high order, 时间步长选择adaptive。高阶方法对时间步长之间的结果进行更精确的插值;而低阶方法是假设时间步长之间的解是线性变化的,所需计算时间更短。时间步长可以选择为constant(恒定的)或者自适应(adaptive),时间步长应尽量设小一些。一般来说,建议使用自适应确定时间步长,此示例中采用自适应时间步长的默认设置。

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22.在上图的低频时域求解器参数对话框中,点击excitations按钮,进入下图所示的excitation selection对话框,激励源选择线圈coil1,激励信号一栏选择signal1,也就是前文中创建的正弦信号作为交流激励信号。点击ok完成,回到低频时域求解器对话框,然后点击start按钮运行仿真。

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仿真完成后,在导航树 navigation tree > 1d results > force文件夹下查看磁铁受力情况,如下图所示,可见磁铁受力主要是沿-x方向,符合实际情况。还可以在导航树中2d/3d results文件夹下查看电场、磁场、电流分布。

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(内容、图片来源:altair官方文件

 

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