电磁仿真--基本操作-CST-(6)-导线周围磁场

目录

1. 简介

2. 过程

2.1 新建工程

2.2 选择求解器

2.3 设置单位

2.4 设置频率

2.5 绘制导线

2.6 Background

2.7 边界条件

2.8 设置激励源

2.9 查看结果

3. 其他设置

3.1 网格类型

3.2 集总网络元件

3.3 阻抗和导纳矩阵

3.4 自适应网格细化

3.4 提升计算效率的技巧

4. 总结

---

1. 简介

分析导线周围的电磁场分布，使用低频求解器（LF Frequency Domain Solver）。

低频域求解器适用于用周期性低频信号激发的电磁场的模拟。求解器的主要任务是计算电磁场、产生的电流密度以及损耗、能量、激励源参数和集总元件的参数。

低频域求解器产生的结果在求解完毕后会自动显示在导航树中。

2. 过程

2.1 新建工程

2.2 选择求解器

 

低频域求解器内可以解决三种类型的方程，磁准静态（MQS）、电准静态（EQS）、全波。

他们各自解决不同类型的电磁场问题：

1. 磁准静态（Magnetoquasistatic）：

• 应用场景：主要用于模拟低频磁场问题，如电机、变压器和感应加热等。
• 特点：假设电场变化缓慢，因此在安培定律中将忽略位移电流的影响，主要关注磁场和电流的相互作用。

2. 电准静态（Electroquasistatic）：

• 应用场景：适用于低频电场问题，如电容器、绝缘体和高压直流（HV-DC）系统。
• 特点：假设磁场变化缓慢，因此在法拉第感应定律中，磁通量的变化被忽略，即忽略感应电动势的影响，主要关注电场和电荷分布。这个选项目前仅适用于四面体网格类型。

3. 全波（Fullwave）：

• 应用场景：用于模拟高频电磁波传播，如天线、微波器件和无线通信系统。
• 特点：考虑电场和磁场的全波方程，没有忽略任何时间依赖性，但这个选项通常是最耗时的。适用于频率偏高的LF电磁场问题，能够准确模拟电磁波的传播和反射。

2.3 设置单位

2.4 设置频率

观察两个频点，分别是 1KHz 和 2KHz。

2.5 绘制导线

使用 Shapes 中 Cylinder 工具。材料为： Copper (annealed)。

2.6 Background

2.7 边界条件

2.8 设置激励源

1. 选取导体端面。

2. 选择 Current Port。

3. 设置电流和相位，电流方向也在此指定。

2.9 查看结果

对于每个计算频率，模拟的电磁场和产生的传导电流密度存储在导航树的 2D/3D 结果文件夹中。此外，计算出的损耗、能量、激励源参数以及集总元件的参数也被计算并可从 1D 结果文件夹访问。

 

3. 其他设置

3.1 网格类型

• 磁准静态和全波方程类型支持四面体和六面体网格。
• 电准静态求解器只支持四面体网格。

3.2 集总网络元件

使用集总元件将电气组件包含在模拟中。目前，RLC-串联和RLC-并联电路仅由四面体MQS和全波求解器支持。

3.3 阻抗和导纳矩阵

磁准静态和电准静态求解器能够分别计算阻抗矩阵和导纳矩阵。

阻抗矩阵的计算可用于磁准静态求解器。该矩阵提供了在任何给定电流组合下线圈端子上的电压值。对于一个n源系统，矩阵定义如下：

导纳矩阵的计算可用于电准静态求解器。该矩阵提供了在任何给定电压组合下源中的电流值，对于一个n源系统，矩阵定义如下：

 

3.4 自适应网格细化

可以为此求解器激活自适应网格细化。它将根据局部误差估计器细化网格，直到从一次传递到另一次的结果误差小于给定的百分比限制。这个选项可以在无需手动调整网格的情况下产生非常好的模拟结果。

该功能默认是启用的。

3.4 提升计算效率的技巧

• 尽可能利用几何对称平面。
• 避免不必要的大计算域尺寸。
• 结果数据缓存
• 对于多次运行中的单次处理（例如参数扫描、优化），可以在选中“将结果存储在数据缓存中”选项时，将所有模型和结果存储在硬盘上的子文件夹中。这对于自己的宏或仅检查单次运行可能非常有用。

4. 总结

本文分享了使用低频求解器（LF Frequency Domain Solver）分析导线周围电磁场分布的过程。低频求解器适用于模拟周期性低频信号激发的电磁场，主要任务包括计算电磁场、产生的电流密度、损耗、能量、激励源参数和集总元件参数。求解器的结果会自动显示在导航树中。

在具体操作过程中，首先需要新建工程并选择合适的求解器。低频求解器可以解决磁准静态（MQS）、电准静态（EQS）和全波三种类型的方程，分别适用于不同的电磁场问题。接下来，设置单位和频率，绘制导线并选择材料。然后，设置背景和边界条件，配置激励源，最后查看结果。

此外，本文还介绍了其他设置，包括网格类型、集总网络元件、阻抗和导纳矩阵、自适应网格细化等。为了提升计算效率，建议利用几何对称平面，避免不必要的大计算域尺寸，并使用结果数据缓存功能。

通过这些步骤和设置，可以有效地模拟和分析导线周围的电磁场分布，获得准确的电磁场和电流密度分布结果。