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电磁场仿真 MAGNET 

一、软件介绍
       Simcenter MAGNET是Siemens PLM Software公司出品的一款集磁场、电场和耦合热有限元求解器于一体的电机电磁场软件，旨在为用户提供可在设计的任何阶段进行模拟的解决方案，这些解决方案使我们能够覆盖广泛的应用领域——从公用变压器到电子变压器、电机、发电机、线性机器、扬声器和执行器以及工业和电子母线，工业冶炼和硬化，EMAG传感器和医疗设备等应用场景，它的性能可与Ansys Maxwell、JMAG、Altair Flux和Dassault Systeme的Opera相媲美。            

        Simcenter MAGNET 具备对电磁设备的物理特性进行精确建模的功能。这其中包括对制造流程、温度相关材料属性、磁化和退磁以及矢量迟滞模型等建模的能力。Simcenter MAGNET 还提供内置的六自由度运动求解器。它支持对磁悬浮或复杂运动等复杂问题进行精确建模和分析。这一功能主要通过独特的智能网格重划分技术来实现。除此之外，Simcenter MAGNET 具备本地电路仿真、协同仿真连接以及 Simcen Flomaster、Simcenter Amesim 和其他平台的一维系统模型导出等功能。

二、软件功能

1. 高级电磁材料建模
       低频电磁模拟的准确性是基于材料建模能够考虑非线性、温度依赖性、永磁体的退磁、各向异性效应和磁滞。即使在更高的工作频率和温度下，也能准确分析损耗。因此，我们可以定位Simcenter MAGNET用于汽车，航空航天和石油和天然气行业MAGNET还拥有一个非常全面的材料库，包含200多种材料。如果您正在查看永磁电机的故障，则需要考虑在故障或峰值负载条件下，在最高工作温度下的退磁，这是因为磁体性能的退化会降低机器的扭矩能力（如图），严重时需要离线重新磁化或更换。在这个感应电机的例子中，我们可以看到，相对于单值BH曲线，磁滞影响速度响应和位置。

2. 内置六自由度运动分析
       除了标准的线性和旋转运动外，MAGNET还支持6自由度刚性EMAG运动在同一个模型中，有多个移动部件。因此，Simcenter MAGNET是市场上分析复杂运动问题的最佳解决方案，例如：牵引电机偏心分析，电动离合器，机器人驱动器，磁齿轮，磁轴承，磁悬浮用于火车和弹射器。如在这个机器人系统中有多个运动部件在三维空间，磁悬浮机就是其中一种。

Simcenter E-Machine Design 电机拓扑建模

多个移动组件（由大阪大学提供）

3. 稳态和瞬态温度分布
       电磁器件的负载、永磁体和绝缘性能与温度密切相关。因此，单纯电磁场分析是不够的，特别是在集成度更高、功率密度更高的情况下，这会降低热质量。热分析在绘制温度热点、消磁分析和高温设计中也很重要。Simcenter MAGNET 的热模块和电磁模块可用于对稳态和瞬态温度分布执行仿真，充分考虑绕组和磁芯中的损耗，包括涡流和迟滞损耗。耦合EM-thermal自动重复使用网格、材料和解决方案，从而节省了设置和解决时间。还可以利用部分模型来减少解决方案的时间。

材料设置面板

4. 智能网格细化（混合单元）
       MAGNET支持实体和全局级的p阶（FEM中使用的基函数的多项式阶）和网格(h)细化，它还支持瘦体的降阶模型，以减少求解时间。在Simcenter MAGNET中，您可以在一个问题中改变要解决的节点数量；不仅在模型顶层，而且在组件层。我们可以通过对3D问题进行快速初始分析来利用这一特性。我们还可以增加感兴趣区域的精度，并减少其他区域的精度，以减小问题的大小。

        MAGNET是变压器领域的优秀解决方案，例如ABB， Weidmann, Koncar，上海电气，三菱电机，JST变压器等在；在单相变压器铁芯损耗分析示例中，通过使用时间谐波求解器，并将铁芯中的多项式阶数设置为2，求解时间从约9分钟减少到2分钟，从而使生产率提高了约5倍，而对损耗的影响可以忽略不计。

5. 智能边界条件
       在处理大型问题时，如电力变压器，或重工业中使用的大型水力机械或电机，需要缩短解决时间。这是因为，相对于模型的大小，这些模型具有较薄的组件，这会使网格应变，并导致在节点方面产生较大的变形。例如，在分析频率效应，引线和绕组，以及屏蔽和结构部件（如油箱和夹具）的杂散损耗分析情况下。通常，这些可以通过各种网格划分方法来解决，例如实体，结构化网格（如挤压网格和网格层）。除了允许部分模型的周期性边界条件外，Simcenter MAGNET还提供一元边界条件。一元边界的例子包括可渗透元件的不相交法向边界条件，导电部件的表面阻抗边界条件（SIBC），表示电阻、屏蔽和绝缘体的电极、薄片、板和层的外壳网格。

       下图中，通过使用SIBC分析单相变压器中的杂散损耗，相对于固体模型，解决时间从49小时减少到仅仅3小时。

单相变压器杂散损耗分析

6. 电场仿真
       高压应用需要绝缘分析，通过预测介电击穿来确保在热和电应力下的使用寿命。这些问题是用电场求解器来分析的，电场有限元法可用于仿真静电场、交流电场和瞬态电场。它还可以对电流执行仿真，即接触导电材料的电极上的直流电压产生的静态电流密度。电场求解器还可以与热求解器耦合。它们是瞬态，交流（时间谐波），电流和静态。它们还考虑了温度依赖性、损耗介质、介电常数和电导率的非线性以及各向异性。一些应用包括高压应用，从局部放电和雷击测试，绝缘和绕组系统，到输电塔和线路阻抗、MEMs，电容器件，传感器和执行器，电路板都可以分析。

变压器高压绕组绝缘分析，雷电冲击试验

7. 参数化和多目标探索设计
       Simcenter MAGNET支持参数化和多目标探索设计，以满足更高功率密度下的性能，同时减少材料使用。MAGNET支持多个变量的参数扫描，如果需要优化，那么可以使用内置的优化器；如果客户端有HEEDS，我们通过Simcenter相应的API接口连接到MAGNET。

8. HPC加速
       偏心分析在分析整个电动动力系统的转子动力学、振动声学和结构完整性方面是必不可少的。MAGNET易于使用的运动求解器使这种分析包括静态和转子偏移。为了捕获由定子槽和转子轮廓以及逆变器开关频率引起的所有影响EMAG力的谐波，需要一个小的时间步长，这对于2D模型来说是可以承受的，对于3D模型的动态偏心分析，这需要花费大量的求解时间，因此需要使用HPC加速求解。

三、系统集成
       目前，仍在继续努力将MAGNET与其他Simcenter解决方案集成，用于CFD-热、结构和振动声学分析。MAGNET还支持与Simulink和PSIM的联合仿真与Motorsolve类似，MAGNET的API扩展了连接性，以支持参数优化、多物理场和自动化工作流程。 我们在振动声学方面带来的价值包括：通过自动将2D模型的EM力转换为3D模型进行NVH分析，为eMotors节省了大量时间。这是一个多速度分析，以涵盖电机的运转范围。3D耦合允许对电力变压器等主要3D问题进行详细分析，并验证eMotors的设计支持；在所有组件上输出EM力，有助于实现现实的数字孪生，用于仿真驱动的产品开发和验证。