从零开始学习3D MAXWELL之边界条件
MAXWELL仿真电磁场的本质还是计算麦克斯维尔方程,所以要定义仿真的边界条件,这样才能得到方程的解。
3D仿真一共有六种求解类型,为静磁场/涡流/瞬态磁场/静电场/传导/瞬态电场。
每一种求解类型都有边界条件。
1,静磁场求解器边界条件
默认边界条件示意图如下:(默认边界条件普遍存在于Maxwell 3D仿真的各种求解器中。
正确应用默认边界条件,求解域的设置非常关键。
尼曼边界条件将磁场限定在边界之内。
当磁场较封闭或求解域足够大时,应用尼曼边界条件才会得到相对正确的分析结果。
)
磁场边界条件:磁场边界条件指定在求解域表面:1)定义切向方向磁场强度为零的边界条件:选择要添加边界条件的面--增加切线方向磁场强度为零的磁场;2)定义正切磁场边界条件:选择要添加边界条件的面--增加正切磁场--增加X/Y方向的磁场分量值--在坐标系统中定义X/Y矢量或是使用默认值;(正切方向为零,磁场方向与表面垂直)(磁场边界条件,磁场的切向分量被指定为预定义的值,但如果该分量的值被指定为0,则其效果与Zero Tangential H Field相同,磁场与该边界垂直,适用于施加外部磁场,如地磁仿真。
)
绝缘边界条件,除电流无法穿过边界以外,其他特性与Neumann边界相同,适用于2个接触导体之间完美绝缘的薄片。
(未添加绝缘边界条件)
(添加绝缘边界条件后)
对称边界条件:对称边界条件适合几何对称或是磁场对称的结构。
对称边界条件,奇对称(磁力线正切),磁场与边界正切,磁场法向分量为0;偶对称(磁力线垂直),磁场与边界垂直,磁场切向分量为0。
对称边界条件主要用来减少仿真时间,增加计算效率。
匹配边界条件,有主边界(Master)和从边界(Slave)两种,需要配合使用。
偶对称时,Slave边界的磁场被定义为匹配Master边界的幅值和方向。
奇对称时,Slave边界的磁场与Master边界的幅值相同,方向相反。
(适用于电机类结构,场每隔一定角度会重复,可以使用最小循环周期进行计算)
边界条件磁场状态使用场合
默认边界条件(自然边界条件和尼曼边界条
件) 自然边界条件—磁场连续的穿过表
面
尼曼边界条件—磁场方向与表面正
切,无磁通穿过
物体表面是自然边界条件;
求解域表面和排除物体的表
面是尼曼边界条件
零正切分量磁场边界
条件如果添加零正切分量磁场边界条件,
磁通是垂直的
外部交变磁场
正切磁场边界条件磁场的正切分量设为初始值
绝缘边界条件电流无法穿过表面
相接触的两个导体之间完美
的绝缘薄片
对称边界条件奇对称(磁通正切) —磁场与边界相
切; 法向分量为零
偶对称(法向方向磁通) —磁场与边
界垂直; 正切方向的分量为零
几何面和磁场对称
匹配边界条件(主从边界条件) 从边界上的磁场方向要服从主边界上
的磁场大小和方向(或是相反的方向)
周期性对称平面,磁场方向与
边界呈角度
辐射边界条件磁场无限定限制无界限涡流
阻抗边界条件包括超出边界表面的激磁电流效
应
有很小的集肤尺寸的导体
零正切分量磁场边界条件:磁场H的切向分量被设置为0,磁力线垂直于该边界条件,适用于施加外部磁场,如地磁场的垂直面。
辐射边界条件,对磁场表现无限制
阻抗边界条件,阻抗边界条件,应用于涡流场,当透入深度较小时,磁场不能进入到实心导体的内部。
此时如果计算导体内的真实磁场分布时,由于集肤区域的存在,计算量会非常大。
如果不关心其内部的场分布,可以采用阻抗边界条件。