Busbar Current Distribution Simulation
電流分佈需要精確的電磁場模型分析,讓設計者可以掌握電流的流向做設計調整。在模擬上使用Maxwell更能精確分析場電流的分佈。
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電流分佈需要精確的電磁場模型分析,讓設計者可以掌握電流的流向做設計調整。在模擬上使用Maxwell更能精確分析場電流的分佈。
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承接上節的模擬,再進行 Maxwell 分析前,筆者先對大家可能不是那麼熟悉的 A-Phi Solver 做說明。相比傳統的 T-Omega Transient Solver 來說,A-Phi Solver 能處理多端口的分析並加入考慮了位移電流的馬克斯威爾方程式,能考量電容的效應,但目前還只能一階求解,建議使用時要比以前的收斂條件網格再增加一倍的網格數量。另一個要點是 A-Phi Solver 不支援運動分析,所以馬達是不適合用此求解器作分析,還是建議用傳統的 T-Omega Transient Solver 來做設計。
且新的求解器還有一個最大的好處:就是在 2023R1 版本開始支援非封閉激發的方式,特別適合本篇的Power Busbar 模擬。如果要使用這個功能,請先在 Windows 系統環境變數中新增 CoulombGauge 並指定其變量為 1;並在 Maxwell 中勾選 Perform minimal validations。由此你就可以在 A-Phi Transient Solver 中不受封閉迴路限制的設定激勵源。
在這個案例,筆者利用 AEDT 模型的共用性,將模型由 Q3D 複製到 Maxwell 前處理介面中,用電流源來做個激勵源的輸入。在 A-Phi Solver 中,支援非封閉激發的設定,可以想像成類似 Q3D 的方式設定激勵源的方式,為所有的端口做了設定。在此求解器中,Current Excitation 支援三種模態分別是 Single Potential、Double Potential、Double Potential with Ground,在本篇模擬,使用Single Potential 來做非封閉迴路的激發源型態。
Busbar 的端口非常的多且電流複雜,手動的設定不僅耗時且容易出錯。ANSYS 軟件的優勢在於平行耦合與傳遞資料,這裡我利用 Simplorer 的 Push Excitation 功能,把 Simplorer + Q3D 模擬的電路電流直接推送至 Maxwell A-Phi Solver。
電流推送至 Maxwell 後,稍作設定就能直接進行模擬,省去設定多端口電流的最複雜流程。建議使用者熟悉善用 Push Excitation 的功能,尤其是對多端口激發源的案例特別有效。
利用 Maxwell 暫態分析,我們就能用肉眼在電腦螢幕上看到在金屬上的電流流向與分佈,不再需要憑空想像或盲目猜測。圖2-10所展示的是某個時間區間 2ms 的電流流動分佈。
傳送到下一步 Icepak 前,讀者要特別注意,Maxwell 和 Icepak 的雙向耦合會是利用 Maxwell 模擬的場損耗做時間的平均後傳遞給 Icepak 做溫升模擬。所以要注意 Maxwell 要做場的資訊儲存設定。
另外要特別提出來介紹的是,在 2023R2 版本中,Maxwell 已經支援 A-Phi Solver 的 HPC 功能,能將時間軸做 TDM 的切分,由 Master 切分多個Slave區段,同時間讓多核心對不同時間軸做運算,最後再回歸Master 做整合加總。HPC 是一個充分運用多核心電腦的模擬加速工具,尤其在求解大型問題時是不可或缺的。圖2-11是 Ansys A-Phi 求解器 TDM 的 ANSYS 官方更新說明頁面,給讀者參考。
以此案例來說,使用 HPC Feature 能將模擬時間由 6 天縮短至 4.15 個小時,是非常有感的提升模擬速度。