MAXWELL有限元分析Maxwell仿真分析叠钢片涡流损耗分析任课老师：陈劲操班级：08081902学号：0808790246姓名：吴鹏2010/5/8MaxweI I仿真分析二権柚向械畅偶俛今祈源的处禮在学习了 Ansoft公司开发的软件Maxwell后，对工程电磁场有了进一步的了 解，这一软件的应用之广非我们所想象。本次实验只是利用了其中很小的一部分 功能，涡流损耗分析。通过软件仿真、作图，并与理论值相比较，得出我们需要 的实验结果。在交流变压器和驱动器中，叠片钢的功率损耗非常重。大多数扼流线圈通常 使用叠片，以减少涡流损耗，但这种损耗仍然很大。特别是在高频情况下，产生 了热，进一步影响了整体性能。因此做这方面的分析十分有必要。-、 实殓目的1）认识钢的涡流效应的损耗，以及减少涡流的方法；2）学习涡流损耗的计算方法；3）学习用MAXWELL 2D计算卷片钢的涡流。二、实殓模燹第一个实验是分析单个钢片的涡流损耗值，所以其模型就是一个钢片， 设置其厚度为0.356mm,长度为20mm0.356mm,外加磁场为IT。实验模型是4片叠钢片组成，每一篇截面的长和宽分别是12.7mm和 0.356mm,两片中间的距离为8.12uA,叠片钢的电导率为2.08e6S/m,相对 磁导率为2000,作用在磁钢表面的外磁场Hz=397.77A/m,即Bz=lTo考虑到 模型对X, Y轴具有对称性，可以只计算第一象限内的模型。三、实殓步骤一.单个钢片的涡流损耗分析1、建立模型，因为是单个钢片的涡流分析，故位置无所谓，就放在中间， 然后设置边界为397. 77A/m,然后设置频率，进行求解。2、进行数据处理，算出理论值，并进行比较。二、叠钢片涡流损耗分析1、依照模型建立起第一象限内的模型，将模型的原点与坐标轴的原点 重合，这样做起來比较方便。设置钢片的材质，使之符合实际要求。 然后设置边界条件和源，本实验的源为一恒定磁场，分别制定在上界 和右边界，然后考虑到对偶性，将左边界和下界设置为对偶。然后设 置求解参数，因为本实验是要进行不同的频率下，涡流损耗的分析, 所以设定好Frequency后，进行求解。2、将 Frequency 分别设置为 1Hz、60Hz、360Hz、lKHz、2KHz、5KHz、 lOKHz,进行求解，注意每次求解时,要将Starting Mesh设定为Initial, 表示重新开始计算求解。记录下不同频率下的偶流损耗值和最低磁通 密度Bmin.3、进行数据处理，把实验所得数据和理论值进行比较。得出实验结论。nsr.彷専图样一、单个钢片的涡流分析1) 当 F二5OHZ 时，P二6. 32054E-002 (W)Hmin二3. 9575E+002(A/m)Bmin= f.1 rHmin=4*PI* (10e-7) *1000*Hmin=0. 4973 (T)仿真计算过程如下：23193816.31927E-0021.460624251946.31929E-0021.098525327526.31933E-0020.838226425766.31935E-0020.632827553486.32054E-0020.4656HA/m2) 当 F二200HZ 时，P二8. 83642E-001 (W)Hmin二3. 6825E+002(A/m)Bmin= “rHmin二4*PI*仃OeT)*1000*Hmin二0. 4628(T)仿真计算过程如下:n n 丄/1553488.83642E-0010.4789H A/m3) 当 F二5000HZ 时，P=l. 11579E+001 (W)Hmin二2. 3055E+001(A/m)Bmin= “rHmin二4*PI*仃OeT)*1000*Hmin二0. 0290(T)仿真计算过程如下：567891226101.11575E+0011495841.11583E+0011824921.11578E+0012226401.11574E+0012716201.11579E+0010.97930.78070.63160.50320.4007且A/m二、叠钢片涡流分析1 f=lHZ 时P=1.99214e-6(W)Hmin=3.9777e2(A/m)Bmin=l/397.77*3.9777e2=0.9997(T)1015.83291.99214E-0062、 f=60HZ 时P=7.16701e-3(W)Hmin=3.9761e2(A/m)Bmin=l/397.11*2.9761e2=0.9993(T)1015.59657.16701E-0039777e4002 9775e+002 97 了心 002 97727002 9771e+002 9769e4002 9768e+002 9766e+002 976归 002 9763e+002 9761e+0023、f=360HZ 时P=2.52253e-1 (W)Hmin=3.9223e2 (A/m)1015.78762.52253E-001Bmin=0.9857(T)9777e4002 9722e+002 96SGe4002 9611e+002 9555e4002 9500e+002 94443002 9389e+002 9333e+002 9278e+002 922 如 0024、 f=lkHZ 时P=1.68902(W)Hmin=3.5960e2(A/m)Bmin=0.9038(T)1016.4351H A/m1.68902E+0005、 f=2kHZ 时P=4.64186(W)Hmjn=2.8517e2Bmin=0.7167(T)10 I17.66514.6418E+0006、 f=5kHZ 时P=9.47030(W)Hmi 尸：L2766e2(A/m)Bmin=0.3208(T)1024.88885.47030E+0003.9777e+0023.7076e+0023.4375e+0023.1674c+002 2.8973e+002 26271e+002 2.3570e+002 2.026 沖 002 1.8168e+002 1.5467c+002 1.276Ge+0027、 f=10kHZ 时P=1.24161el(W)Hmi尸 26483el(A/m)Bmjn=0.0666(T)1043.98231.24161E+0013.9777e*0023.6064e+0023.2351e+0022.838e*0022.4926e+0022 1213*0021.7500c*0021.3787ct0021.0074et0026.3612e*0012.6483e+001支、实验数据一、对于单钢片的位置与磁场平行的情况:1）实验值表格F(Hz)Bmin(T)P(W)500. 49736. 32054E-0022000. 46288. 83642E-00150000. 02901.11579E+0012）理论值计算与结果低频公式理论表格F(Hz)Bmin(T)P(W)500. 49756. 325e-0022000.462048. 825e-00150000. 02882. 125e001高频公式理论表格F(Hz)Bmin(T)P(W)50001. 13868e0013）误差分析误差表格F(Hz)Bminp50、0.03%0. 07%200ro. 04%0. 13%50000. 11%47. 5% (低)2.0% (高)经过对比发现在50HZ和200HZ时，仿真结果与低频损耗计算结果吻合较好；在5000HZ时，仿真结果与高频损耗计算结果吻合也较好。而对于Bmin來说，3个频 率时候吻合得都非常好。二、蒂钢片的涡流分析不同频率下的乩山和PF (Hz)Bmin(T)P (W)10.99971.99214e-6600.99937.16701e-33600.98572.52253e-llk0.90381.689022k0.71674.641865k0.32089.4703010k0.06661.24261el上表是实验所得数据。由工程电磁场的理论知识，易知在低频和高频下，涡流损耗的理论计算公式是不 一样的所以下面分别讨论：1实验数据与低频下损耗的理论计算公式的比较, t2co2B2a低频涡流损耗的计算公式为：P = -V,24式中，V为叠片体积；t为叠片厚度；B为峰值磁通密度；b为叠片电导率;3 为外加磁场角频率。V = 12.7 X IO-3 X 0.356 X 10-3 Xl = 4.5212 X 10_6m3o经计算，可得到频率小于ZKHz的各个频率的涡流损耗：低频数值计算结果与实验值的比较F (Hz)Bmin(T)P (W)理论P (W)实验10.99971.959361.99214e-6600.99937.053537.16701e-33600.98572.540832.52253e-l0.90381.96051.689022k0.71677.84204.641865k0.32084.9012el9.4703010k0.06661.9604e21.24261el经比较发现，在频率小于2K时，实验结果和理论值比较吻合，而当频率大于2KHZ 时，误差就很大了，说明原來的理论计算公式已不再适用，应当另谋他法。2、实验结果和高频损耗计算公式的比较当频率较高时，计算涡流损耗就应该另外寻求公式，查阅资料可得，高频时的涡流损耗计算公式为P pHfRsS2t ? H 2式中，S为叠片表面积；Ht为磁场强度切向分量：。为叠片电导率；卩为叠片 相对磁导率；3为外加磁场角频率；Rs为单位表面积叠片的阻抗；为趋肤深 度。此公式适用于频率大于10KHZ的情况，为了进行对比，也利用此公式计 算2 KHZ和5 KHZ的情况。高频数值计算结果与实验值的比较F （Hz）Bmin（T）P （W）理论P （W）实验2k0.71675.69184.641865k0.32089.00009.4703010k0.066612.727