Программы, расширяющие возможности Maxwell

Maxwell - один из многих продуктов, разработанных компанией Ansoft и перешедших в ANSYS. Для пользователя Maxwell могут быть полезны некоторые программы близких тематик. Это программы, расширяющие возможности Maxwell (ePhysics, Simplorer), а также программы, упрощающие процесс моделирования в Maxwell (RMxprt, PExprt, Optimetrics, Maxwell Circuit Editor, Q3D Extractor). Обзор этих программ приведен ниже.

RMxprt
Моделирование вращающихся электрических машин

Эта программа входит в состав программного пакета Maxwell наряду с Maxwell 2D и Maxwell 3D.
RMxprt - программа, которая ускоряет процесс проектирования и оптимизации вращающихся электрических машин. RMxprt использует классическую аналитическую теорию электрических машин и метод эквивалентной магнитной цепи для вычисления рабочих характеристик машины. RMxprt актуален в случае, когда нужно смоделировать электрическую машину стандартного типа, для которой методики расчета известны. Эти методики "зашиты" в программу, пользователю требуется только ввести исходные данные: геометрические параметры и свойства материалов статора и ротора, тип обмоток и схему подключения, данные по питанию, по нагрузке, по вентилятору и т.п.
Поскольку используются стандартные алгоритмы с готовыми формулами (вместо метода конечных элементов, как в Maxwell 2D и 3D), время расчета одного варианта на современном компьютере составляет доли секунд. При этом доступны все средства Maxwell по параметризации и оптимизационному расчету. Таким образом, данное программное средство позволяет существенно ускорить процесс разработки электрической машины стандартной конфигурации.
В случае, если требуемая конфигурация отличается от стандартной, то разработчику может быть полезно сравнить, какие характеристики может дать при его исходных данных стандартная конфигурация электрической машины. Более того, разработчик может создать в RMxprt конфигурацию, наиболее близкую к требуемой, конвертировать модель в задачу Maxwell, где уже вносить все требуемые изменения. Это будет гораздо быстрее, чем проектировать модель с нуля.
Конвертирование модели RMxprt в модель Maxwell может быть полезно и в том случае, когда для стандратной электрической машины нужно построить картину распределения поля, а также для других операций, для которых требуется полевой расчет. При этом начиная с версии Maxwell v13 конвертирование модели RMxprt в модель Maxwell 2D или 3D включает в себя не только прорисовку геометрии данной машины, но и создание полноценной модели с типом задачи - переходной процесс с вращательным движением. Сразу после конвертирования можно запускать расчет и наблюдать на графике за углом поворота ротора на каждом временном шаге переходного процесса.

RMxprt поддерживает следующие следующие типы электрических машин:
• Three-phase induction motors (трехфазные асинхронные двигатели).
• Single-phase induction motors (однофазные асинхронные двигатели).
• Three-phase synchronous motors and generators (трехфазные синхронные двигатели и генераторы).
• Brushless permanent-magnet DC motors (бесщеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами).
• Adjust-speed synchronous motors and generators (частотно-регулируемые синхронные двигатели и генераторы).
• Permanent-magnet DC motors (двигатели постоянного тока с постоянными магнитами).
• Switched reluctance motors (вентильно-индукторные двигатели).
• Line-start permanent-magnet synchronous motors (синхронные двигатели с улучшенными пусковыми свойствами).
• Universal motors (универсальные коллекторные двигатели).
• General DC motors and generators (обычные двигатели и генераторы постоянного тока).
• Claw-pole alternators (генераторы переменного тока с когтеобразными полюсами).
• Non-salient synchronous motors and generators (неявнополюсные синхронные двигатели и генераторы).

Другие программы, входящие в дистрибутив Maxwell
Maxwell Circuit Editor. Optimetrics

Из стандартных компонентов Maxwell прежде всего необходимо обратить внимание на программы Maxwell Circuit Editor и Optimetrics.
Optimetrics - универсальная дополнительная программа, которая добавляет к проекту параметрический, оптимизационный, статистический анализ, а также анализ чувствительности. Она встроена в программы Maxwell, Simplorer, ePhysics, HFSS, Q3D Extractor.
В Maxwell 2D, 3D и RMxprt программа Optimetrics доступна в интерфейсе Maxwell Desktop, как отдельная опция в менеджере проекта. Если созданная в Maxwell модель параметризована, то, вызывая эту функцию, можно задать последовательность расчетов модели при разных значениях параметров.

Maxwell Circuit Editor - программа для проектирования электрической схемы, которая используется в задачах переходных процессов (Transient) Maxwell. При установленном Maxwell или ANSYS Electromagnetics программа доступна в соответствующей категории меню Пуск в Windows.
При задании напряжения или тока произвольной формы, питающего обмотки модели Maxwell, можно использовать очень сложные функции. Однако в случае, когда известна электронная схема питания обмоток, значительно удобнее может быть использование программы Maxwell Circuit Editor, в которой проектируется схема подключения обмоток к источникам. В программе предусмотрен набор стандартных элементов схем - пассивных компонентов и разных типов источников.

ePhysics
Тепловой расчет и расчет прочности

Для разработчиков электромеханических устройств актуальны задачи расчета перегрева обмоток, а также задачи расчета прочности элементов устройства с учетом электромагнитных сил, действующих на эти элементы. ePhysics - это программное обеспечение для решения подобных задач. И предназначено прежде всего для моделей, созданных в программах Maxwell 3D и HFSS 3D, хотя возможно и создание отдельных моделей, никак не связанных с этими программами. В ePhysics есть 3 типа задач - тепловой статический расчет, тепловой переходной процесс и расчет прочности.

ePhysics v3 имеет интерфейс, полностью аналогичный интерфейсу Maxwell v12. Кроме того, эти программы имеют единую библиотеку материалов. Таким образом, не требуется дополнительных усилий по освоению программы. Чтобы модель Maxwell просчитать в ePhysics, нужно просто скопировать в буфер обмена все объекты модели, запустить ePhysics и вставить содержимое буфера обмена. Скопируются не только геометрическая основа модели, но и материалы объектов. Более того, модель в ePhysics можно соединить с соответствующей просчитанной моделью Maxwell 3D или HFSS 3D, откуда ePhysics в качестве исходных данных может получить распределение мощности рассеяния (для тепловой задачи) и плотности силы (для задачи расчета прочности).
В настоящее время данная программа не развивается и не продается, поскольку ANSYS заинтересован в продвижении собственных продуктов для тепловых и прочностных расчетов (ANSYS Mechanical). При этом развиваются возможности по связке Maxwell и ANSYS Mechanical, а также ANSYS Fluent (для задач гидрогазодинамики).

Simplorer
Моделирование электромеханической системы

Simplorer - это программное обеспечение для моделирования электромеханических систем, создающее полноценную электромеханическую лабораторию на рабочем столе компьютера. Simplorer включает программы моделирования электрических цепей и блок-схем. Simplorer входит в общий дистрибутив ANSYS Electromagnetics наряду с Maxwell.

Компонентами проектов Simplorer могут быть модели, созданные в Maxwell, Q3D Extractor, RMxprt, PExprt, HFSS. Модели, созданные в этих программах, конвертируются в формат Simplorer. В сконвертированном виде эти модели представляют собой схемы замещения. Входы и выходы схемы замещения - это концы обмоток и виртуальные концы с механическими параметрами (например, моментом, скоростью). К концам обмотки в Simplorer подключается электрическая схема. К виртуальному выходу модели двигателя можно, например, подключить виртуальный источник момента нагрузки, который создает момент, изменяющийся во времени. В подобной схеме возможно, к примеру, смоделировать процесс пуска двигателя и получить его пусковую характеристику.
Помимо связки через схему замещения возможна и полноценная статическая или динамическая связка, когда проекты Maxwell и Simplorer связаны друг с другом напрямую, без посредничества схемы замещения.

PExprt ™
Моделирование трансформаторов и катушек индуктивности

PExprt - это программа, ускоряющая проектирование и оптимизацию трансформаторов и катушек индуктивности. Используя комбинирование классического метода и метода конечных элементов, PExprt определяет оптимальные размеры и формы сердечника, воздушные зазоры, способ намотки.

По заданным пользователем параметрам PExprt определяет несколько вариантов реализации устройства, используя библиотеки стандартных компонентов - сердечников и корпусов катушек. Для каждого варианта программа рассчитывает различные параметры, например, мощность рассеяния.

Q3D Extractor
Определение паразитных параметров (R, L, C)

Q3D Extractor - это программное обеспечение для определения паразитных параметров в элементах электрических схем. Используется при проектировании пассивных элементов на чипах, многослойных печатных плат и пр. Q3D Extractor входит в общий дистрибутив ANSYS Electromagnetics наряду с Maxwell.

Q3D Extractor выполняет 3D и 2D моделирование электромагнитного поля, требуемое для извлечения RLC-параметров, в подключенной к питанию схеме и автоматически создает эквивалентную схему замещения.