本教程演示如何使用Maxwell模拟开关变压器工作参数。

高频变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。变压器的磁芯包括罐型磁芯，RM型磁芯，E型磁芯，EC、ETD和EER型磁芯，PQ型磁芯，EP型磁芯，EP型磁芯，环形磁芯等磁芯。开关变压器是其中用于开关电源电路用，起到切换变流用，相当于开关功能。

           

1 问题说明  

本教程只说明在开关变压器工作于某个工作频率，通过Maxwell确认变压器铁芯尺寸、材料、绕组参数等，通过场结果确认在工作频率下是否满足工作要求，例如变比、损耗、噪声等参数。

所用计算开关变压器模型如下图所示，PQ型铁芯，环型绕组和绝缘层组成；其中铁芯尺寸长宽14mm*7mm，工作频率为0.1MHz，通过Maxwell计算得到变压器变比、电感 、损耗等参数、电场、磁场分布图。最终仿真模型如下图所示。

2 设置和解决方案  

2.1 启动Ansys Electronics Desktop  

1.新建工程文件Project。

2.在主菜单Project下选择Insert Maxwell 3D Design，插入新Maxwell设计模块。

3.整个Project显示界面。

2.2 设置模拟参数  

先根据计算的特点选择求解器类型，开关变压器一般选择Eddy Current涡流求解器 。

1.通过打开主菜单Maxwell下Solution Type选择。

2.3 生成模型  

按前文说明的，需要把变压器铁芯、绕组等建立出来。注意：如果需要查看变压器周围场图结果，则需要把周围建立出来，等效为空气盒。

1.可用Maxwell自带的CAD功能建立出仿真模型；也可以用其它CAD建好再通过主菜单Modeler下Import导入。

2.注意尺寸单位，软件默认单位为mm。

3.最终分析所需的模型如下。

2.4 材料属性  

对于本教程，您将用从软件的材料库中导入的1种材料使用，其它通过Copy库里材料为模板生成新的材料。

1.先选中要分配的部件，通过RMB选择Properties打开 Select Definition对话框。

a.选中某种材料作为模板。

b.点击Clone Meterials。

c.最后以新增材料为选中组件。

d.点击确认以关闭对话框。

材料添加到对应组件的示图。

2.5 边界条件设置  

对此例子，可按默认边界，软件会把与背景相接触的模型外表面为狄里克莱边界条件磁势为0边界，不需要做任何设置。也可以手动给定辐射边界，等效无限空间。

1.设置理想辐射Radiation边界条件。

a.先选中长方形空气盒的外表面。

b.Boundaries右击选择Radiation Boundary。

c.设置默认然后点击OK。

2.6 激励设置  

该例子需要添加2个激励，分别是变压器的主副绕组。

1.设置主绕组电压激励

 a.在图形区，先过滤选择绕组下线圈截平面。

 b.Excitations右击选择Assign >>Coil Terminal。

 c.Nomber of Conductors：1。

 d.其它设置按默认。

2.添加绕组Winding激励类型。

3.完成激励设置后效果。

2.7 参数计算添加  

对于此例子，只需添加电感矩阵计算

1.添加参数计算

 a.在管理栏，Parameters右击选择Assign >>Matrix。

 b.勾选绕组激励。

2.8 网格剖分

对于涡流求解器，一般用自适应网格剖分功能自动加密，不需要额外设置，对于此案例可能给铁芯和绕组设定一定的网格规则，让其初始网格更好。

1.给定铁芯网格规则

 a.在图形区，过滤后选择绕组体对象。

b.在管理栏，Mesh右击选择Assign Mesh Operation>>Inside Selection。

 c.最大三角形边长设为：1.065。

d.其它设置按默认。

2.9 求解计算

添加求解设置项，主要设置频率、求解次数、收敛标准等。

wenz

1.定义Solve Setup。

a.其中求解频率Frequency设为0.1MHz。

b.其中Maximum Nomber of Passes设为5。

c.其中Percent Error 设为1。

d.其它设置按默认。

在求解项设置完毕后，可以点击计算了。

2.计算求解

a.求解项右击Analyze开始计算求解。

b.通过Solutions对话框可查看计算收敛情况等信息。

           

3 计算结果  

使用工程管理栏中Results/Field Overlays查看各类结果。

1.Results右击选择Create EddyCurrent Report建立报告结果。

 a.变比、电感、Loss损耗等结果。

2.Field Overlays查看场结果。

 a.选择变压器仿真模型。

 b.Field Overlays>>Plot Fields，选择E、H等。

通过Maxwell计算开关变压器的工作频率0.1MHz下的电流比值1:2，电感、损耗等结果也验证此变压器结构和绕组参数满足设计要求。

文章来源：电磁时空