工程電磁場實驗報告

1、.工程電磁場仿真實驗報告 疊鋼片渦流損耗 Maxwell 2D 仿真分析（實驗小組成員：陳文玉徐晨波葛晨陽郭鵬程陳棟）.Maxwell 仿真分析二維軸向磁場渦流分析源的處理在學(xué)習(xí)了 Ansoft 公司開發(fā)的軟件Maxwell 后，對工程電磁場有了進(jìn)一步的了解，這一軟件的應(yīng)用之廣非我們所想象。本次實驗只是利用了其中很小的一部分功能，渦流損耗分析。通過軟件仿真、作圖，并與理論值相比較，得出我們需要的實驗結(jié)果。在交流變壓器和驅(qū)動器中，疊片鋼的功率損耗非常重。大多數(shù)扼流線圈通常使用疊片，以減少渦流損耗，但這種損耗仍然很大。特別是在高頻情況下，交變設(shè)備由脈寬調(diào)制波形所產(chǎn)生的渦流損耗不僅降低了設(shè)備的整體性

2、能，也產(chǎn)生了熱，因此做這方面的分析十分有必要。一、實驗?zāi)康?) 認(rèn)識鋼的渦流效應(yīng)的損耗，以及減少渦流的方法；2) 學(xué)習(xí)渦流損耗的計算方法；3) 學(xué)習(xí)用 MAXWELL 2D計算疊片鋼的渦流。二、實驗?zāi)Ｐ蛯嶒災(zāi)Ｐ褪? 片疊鋼片組成，每一篇截面的長和寬分別是12.7mm 和0.356mm，兩片中間的距離為 8.12um，疊片鋼的電導(dǎo)率為 2.08e6 S/m，相對磁導(dǎo)率為 2000，作用在磁鋼表面的外磁場 Hz=397.77A/m，即 Bz=1T?？紤]到模型對 X，Y 軸具有對稱性，可以只計算第一象限內(nèi)的模型。三、實驗步驟一 單個鋼片的渦流損耗分析1、 建立模型，因為是單個鋼片的渦流分析，故位置無

3、所謂，就放在中間，然后設(shè)置邊界為397.77A/m，然后設(shè)置頻率，進(jìn)行求解。2、 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，算出理論值，并進(jìn)行比較。二、疊鋼片渦流損耗分析1、 依照模型建立起第一象限內(nèi)的模型，將模型的原點(diǎn)與坐標(biāo)軸的原點(diǎn).重合，這樣做起來比較方便。設(shè)置鋼片的材質(zhì)，使之符合實際要求。然后設(shè)置邊界條件和源， 本實驗的源為一恒定磁場，分別制定在上界和右邊界，然后考慮到對偶性，將左邊界和下界設(shè)置為對偶。然后設(shè)置求解參數(shù)，因為本實驗是要進(jìn)行不同的頻率下，渦流損耗的分析，所以設(shè)定好 Frequency 后，進(jìn)行求解。2、 將 Frequency 分別設(shè)置為 1Hz、60Hz、360Hz、1KHz、2KHz、5KHz、1

4、0KHz，進(jìn)行求解，注意每次求解時，要將Starting Mesh設(shè)定為Initial，表示重新開始計算求解。記錄下不同頻率下的偶流損耗值和最低磁通密度Bmin。3、 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 把實驗所得數(shù)據(jù)和理論值進(jìn)行比較。得出實驗結(jié)論。四、仿真圖樣疊鋼片渦流分析1、f=1HZ 時P=1.92719e-006 W2、f=60HZ 時P=6.95632e-003 W.3、f=360HZ 時P=2.45084e-001 W4、f=1kHZ 時P=1.64837e+000 W.5、f=2kHZ 時P=4.58856e+000 W6、f=5kHZ 時P=9.56395e+000W.7、f=10kHZ 時P=1

5、.28198e+001WHmin 可由圖中讀出，根據(jù)Bmin=(2000*4 *10e-7)*Hmin,可得Bmin。.F（Hz）HminBmin（T）1397.770.999760397.640.9994360393.140.98811k365.670.91902k301.630.75815k164.020.412210k80.120.2014五、實驗數(shù)據(jù)疊鋼片的渦流分析不同頻率下的 B和 PminF（Hz）Bmin（ T）P（W）10.99971.92719e-006600.99946.95632e-0033600.98812.45084e-0011k0.91901.64837e+0002

6、k0.75814.58856e+0005k0.41229.56395e+00010k0.20141.28198e+0011、 實驗數(shù)據(jù)與低頻下?lián)p耗的理論計算公式的比較t22 B2低頻渦流損耗的計算公式為：PV 式中， V 為疊片體積； t 為24疊片厚度； B 為峰值磁通密度； 為疊片電導(dǎo)率； 為外加磁場角頻率。Maxwell 2D所獲得的功率損耗値是假定疊片鋼在Z 方向上具有單位長度.（ 1m）時而計算出來的。因此，上式中的體積顯然需要按以下公式計算：V12.710 30.35610 314.5212 10 6 m3經(jīng)計算，可得到頻率小于2KHz的各個頻率的渦流損耗：低頻功率損耗值計算結(jié)果與

7、實驗值的比較F（Hz）Bmin（ T）P（W） 理論P(yáng)（W） 實驗 10.99971.9605e-0061.92719e-006600.99947.0578e-0036.95632e-0033600.98812.5408e-0012.45084e-0011k0.91901.9605e+0001.64837e+0002k0.75817.8420e+0004.58856e+0005k0.41224.9012e+0019.56395e+00010k0.20141.9605e+0021.28198e+001經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，在頻率小于2K 時，實驗結(jié)果和理論值比較吻合，而當(dāng)頻率大于2KHZ 時，誤差就很大了

8、，說明原來的理論計算公式已不再適用，應(yīng)使用高頻我流損耗公式計算。2、 實驗結(jié)果和高頻損耗計算公式的比較.式中， S 為疊片表面積；為磁場強(qiáng)度切向分量；為疊片電導(dǎo)率；為疊片相對磁導(dǎo)率；為外加磁場角頻率；為單位表面積疊片的阻抗；為趨膚深度。此公式適用于頻率大于10KHZ的情況，為了進(jìn)行對比，也利用此公式計算2KHZ和 5KHZ的情況。高頻數(shù)值功率損耗值計算結(jié)果與實驗值的比較F（Hz）B （T）P（W） 理論 P（W） 實驗 min2k0.75815.69184.588645k0.41229.00009.5639310k0.201412.727012.81963 實驗誤差與結(jié)果分析功率損耗值相對誤差

9、表格F(Hz)P11.67%.601.44%3603.54%1K15.92%2K41.5%（低） 19.4% （高）5K80.5%（低） 6.3% （高）10K93.46%（低） 0.73%（高）經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn) , 在 1k Hz 以下頻率 , 仿真結(jié)果與低頻損耗計算結(jié)果吻合較好；在頻率 ( 大于 ) 等于 5k Hz 時, 仿真結(jié)果與高頻損耗計算結(jié)果吻合也較好。并且，頻率較低和頻率較高時相對于中間值的頻率而言，他們的相對誤差也更低。頻率越高時功率損耗也越大。六、實驗總結(jié)Maxwell 2D 是一個功能強(qiáng)大、結(jié)果精確、易于使用的二維電磁場有限元分析軟件，一般在電磁物體滿足軸向均勻或RZ對稱的條件

10、下采用。它采用圖形化的設(shè)計界面，可以直觀、快捷地進(jìn)行電磁場的仿真。Maxwell 2D 通常適合處理二維交流磁場、二維直流磁場、二維靜電場、二維瞬態(tài)場、二維等效電路發(fā)生器、二維參數(shù)分析等等。不僅如此，它具有強(qiáng)大的后處理能力，在仿真結(jié)束之后，還可以通過后處理工具對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行多種分析。通過此次實驗，我初步了解、掌握使用 Ansoft 公司出產(chǎn)的 Maxwell 2D 軟件的基本操作以及使用方法， 獨(dú)立并完整地進(jìn)行了實驗 “疊片鋼渦流損耗分析” ，并撰寫此試驗報告。我認(rèn)為基于 Maxwell 2D 軟件，能夠解決電磁場領(lǐng)域的一些基本問題，且對于日后電氣工程及其自動化專業(yè)的遞進(jìn)學(xué)習(xí)具有相當(dāng)?shù)囊饬x。Maxwell 2D 軟件的界面形式非常簡單，且操作步驟相對固定：建立幾何模型；指定材料屬性；指定邊界條件；求解條件。而Maxwell 2D 強(qiáng)大的后處理功能不僅能直觀的顯示場量的分布，還能相關(guān)變量的函數(shù)關(guān)系，更能進(jìn)行關(guān)鍵系統(tǒng)的分析。這表明 Maxwell 2D 軟件具有合理的實驗性以及高度的工程模擬性。在今后工程電磁場的模擬和實驗中，不僅需要認(rèn)真操作，更應(yīng)理性思考實驗背后隱含的