1  问题描述

Maxwell 2D瞬态磁场分析中，通常有几种常用的加速方法，而对于特定模型如电机、作动器、变压器等，也有一些特定的加速方法。本文将介绍一些针对Maxwell 2D瞬态场的加速技巧。用户需要注意的是Maxwell 2D没有超线程功能，不能像Maxwell 3D那样，使用传统多线程技术调用多处理器并行求解同一个任务。 

由于Maxwell 2D对内存需求小，因此更适合对多设计变量进行分布式计算（DSO），DSO可以调用所有计算机参与计算。除DSO外，也可以在计算机集群或者多核机器上，采用时间分解方法（TDM）求解多时间步的工程，加快求解速度。 

2 常规加速技巧 

2.1 仿真结束时更新报告 

执行Tools>>Options>> General Options…，点击Desktop Performance tab 

Design Type: “Maxwell 2D” 

Dynamically update post-processing data for new solutions：“On Completion” 

通过以上设置，报告将在求解完成后更新，不会每完成一个时间步就更新一次。用户也可以通过鼠标右键点击Result>Plot>Update Report，手动更新报告。 

2.2 使用TAU Mesh网格

选择Maxwell 2D>>Mesh Operations>>Initial Mesh Settings…，切换为TAU Mesh。 Mesh Settings Classic Mesh是经典的网格剖分，采用的是Delaney算法，TAU Mesh适合带有弧线或弧面的模型，网格平滑度和质量更好，相比网格数量更少，因此计算速度更快。 

图2.2 TAU Mesh设置对话框

2.3 使用平滑的BH曲线 

采用平滑的BH曲线，可以在求解每个瞬态时间步时，提升非线性迭代能力。BH曲线及其导数曲线都要平滑，而且数据点要够多，最好也要有低磁感应强度磁场段的数据。 

图2.3 平滑的BH曲线

2.4 使用对称边界条件 

尽可能使用对称或周期边界条件，减小总体网格数量。可以通过主从边界条件缩减模型，如下图可将1/2模型进一步简化为1/4模型，减少计算网格数量，加快求解进度。

2.5  通过网格查找模型低效区

通过执行Maxwell 2D>>Analysis Setup>>Generate Mesh，可查看模型的网格情况（例如，查看XY平面），如果在一些模型点或边上网格数量较多（特别是细小特征处），我们可以简化模型。一般在导入的模型时，会遇到一些问题，例如下面几种情况，通常需要处理： 

(1)导入的模型中，在曲线边缘上有许多小分段/小平面； 

(2)导入的模型中， 有曲线边相交； 

(3)导入的模型中， 有细小特征(孔，倒角，圆角)。 用户可以用布尔运算做模型局部的简单处理，或者使用菜单Modeler>>Model Preparation>>Heal commands.，进行模型整体修复。 当导入.dxf 或者.dwg 格式，请注意导入对话框中的stitching tolerance设置。

2.6 使用(TDM)时间分解法同时求解所有时间步 

TDM代替了原先的Maxwell瞬态磁场的按顺序求解时间步，其支持同时求解所有时间步，TDM功能始于Electronics Suite R17(V2016)，TDM只适用瞬态磁场分析。 

常规瞬态求解法：按序求解所有时间步：

TDM瞬态求解法：同时求解所有时间步：

(TDM)时间分解法，首先在HPC中勾选transient solver。

图2.5 Ansys Configuration对话框

图2.6 在Solve Setup选项卡中进行周期性或半周期性TDM设置

2.7 分布式计算(DSO)   

DSO支持任意参数化变量的并行求解。用户如果希望对几何形状、激励、材料、电路参数、速度、负载扭矩做参数化设计，或者使用Machine Toolkit，可以采用DSO和大规模DSO (LSDSO)计算技术。

图2.7 HPC中设置DSO数量

图2.8 激活LSDSO    

图2.9 分布式计算(DSO)  进度查看

编辑计算节点列表以上介绍的仿真加速技巧，适用于所有的Maxwell 2D 瞬态分析。而下面介绍的方法，适用于特定的模型。

2.8 移除外电路 

很多情况下，外电路可以用绕组的连接设置代替，比如用电压源激励绕组设置(Y接法)、电流源激励绕组设置、端部连接设置等，这种情况下瞬态仿真速度会快一点。     

2.10 电压源激励绕组设置(Y接法)

2.9 将Lamination模型改为等效处理的BH曲线 

在Maxwell 2D中，仿真涉及的Lamination模型（如铁芯叠片），可以在非线性材料中设置叠压系数，或者在BH曲线中按比例等效体现。因为Lamination模型做了一些复杂的处理，在3D中相对效率高一些，但在2D中会降低仿真速度。 

建议将Lamination模型修改为Solid模型，然后使用等效处理的BH曲线，等效公式如下： 

其中SF为冲片叠压系数。

2.11 将Lamination改为Solid

2.12 B值经过等效计算

2.10 不使用“Advanced Core Loss Option” 

在铁耗设置里，高级选项设置通常不会对仿真结果有太大影响。实际上，勾选了高级选项，铁耗计算会考虑铁耗对对磁场的影响，增加一点仿真时间。分析计算中一般很少需选择“Advanced Core Loss”选项，因此如无必要，请不要勾选。 

2.13 Advanced Core Loss选项

2.11 不在每个时间步都计算“Expression Cache” 

Expression Cache用于保存场数据，并按照指定的时间步长计算仿真表达式，这样在仿真过程中不需要保存瞬态场数据。但表达式计算在仿真过程中需要一些时间，因此会降低仿真的速度。用户可以控制用于计算Expression Cache的时间步长，减少计算次数，从而加速瞬态仿真。 

图2.14 Expression Cache选项卡

2.12 不在每个时间步都保存场数据 

在瞬态场设置Save Fields下，设置保存场数据。对于瞬态场分析，如果有很多的时间步以及很多变量，不需要都保存。用户可以考虑以下选项： 

(1)每间隔N个时间步保存一次； 

(2)只保存最后一个周期场数据； 

(3)不保存场数据或只保存指定点。 

图2.15 保存场数据

2.13 采用电流源激励 

与电感相关的L/R时间常数，会导致瞬态仿真时间变长。如果绕组上设置电流源激励，那么激励源是不包含电气时间常数的，这将减少达到稳态所需的仿真时间。

2.16 电流源激励

2.14 不考虑Eddy Effects 

不考虑Eddy Effects有两个好处。其一是，Eddy Effects和仿真的L/R时间常数有关，如果不考虑涡流效应的情况，可以更快地达到稳态。其二是，Eddy Effects增加了未知数的计算量，因此仿真需要更长的时间。 需要明确的是，Maxwell 2D瞬态仿真时，大多数情况下涡流效应是需要考虑的，如计算磁钢的涡流损耗等，因此要根据具体仿真的问题，选择是否考虑涡流效应。