技能培訓(xùn)專題工程電磁場講義工程電磁場報(bào)告.doc

1、技能培訓(xùn)專題 工程電磁場講義工程電磁場報(bào)告Mawell仿真分析 疊鋼片渦流損耗分析 任課老師：陳勁操 班級(jí)：08081902 學(xué)號(hào)：0808190246 姓名：吳鵬 2021/5/8 Mawell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Mawell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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果。 在交流變壓器和驅(qū)動(dòng)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，產(chǎn)

2、生了熱，進(jìn)一步影響了整體性能。因此做這方面的分析十分有必要。 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 認(rèn)識(shí)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(jì)算方法； 3) 學(xué)習(xí)用MAWELL 2D計(jì)算疊片鋼的渦流。 二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是分析單個(gè)鋼片的渦流損耗值，所以其模型就是一個(gè)鋼片，設(shè)置其厚度為0.356mm，長度為20mm>>0.356mm，外加磁場為1T。 實(shí)驗(yàn)?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8.12uA，疊片鋼的電導(dǎo)率為2.08e6 S/m，相對磁導(dǎo)率為20，作用在磁鋼表面的外磁場Hz=397.77A/m，即B

3、z=1T?？紤]到模型對，Y軸具有對稱性，可以只計(jì)算第一象限內(nèi)的模型。 三、 實(shí)驗(yàn)步驟 一 單個(gè)鋼片的渦流損耗分析 1、 建立模型，因?yàn)槭菃蝹€(gè)鋼片的渦流分析，故位置無所謂，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(shí)際要求。然后設(shè)置邊界條件和源，本實(shí)驗(yàn)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?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)是要進(jìn)行不同的頻率下

4、，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、10KHz，進(jìn)行求解，注意每次求解時(shí)，要將Starting Mesh設(shè)定為Initial，表示重新開始計(jì)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(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)和理論值進(jìn)行比較。得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 四、 仿真圖樣 一、單個(gè)鋼片的渦流分析 1）當(dāng) F=50HZ時(shí)， P=6.32054E-002（W） Hmin=3.9575E+002(A/m) Bmin= rHmin=4PI(10e-7)1000Hmin=

5、0.4973(T) 仿真計(jì)算過程如下： 2）當(dāng) F=20HZ時(shí)， P=8.83642E-001（W） Hmin=3.6825E+002(A/m) Bmin= rHmin=4PI(10e-7)1000Hmin=0.4628(T) 仿真計(jì)算過程如下： 3）當(dāng) F=5000HZ時(shí)， P=1.11579E+001（W） Hmin=2.3055E+001(A/m) Bmin= rHmin=4PI(10e-7)1000Hmin=0.0290(T) 仿真計(jì)算過程如下： 二、疊鋼片渦流分析 1、 f=1HZ時(shí) P=1.99214e-6(W) Hmin=3.9777e2(A/m) Bmin=1/397.773.

6、9777e2=0.9997(T) 2、 f=60HZ時(shí) P=7.16701e-3(W) Hmin=3.9761e2(A/m) Bmin=1/397.112.9761e2=0.9993(T) 3、 f=360HZ時(shí) P=2.52253e-1 (W) Hmin=3.9223e2 (A/m) Bmin=0.9857(T) 4、 f=1kHZ時(shí) P=1.68902(W) Hmin=3.5960e2(A/m) Bmin=0.9038(T) 5、 f=2kHZ時(shí) P=4.64186(W) Hmin=2.8517e2 Bmin=0.7167(T) 6、 f=5kHZ時(shí) P=9.47030(W) Hmin=1

7、.2766e2(A/m) Bmin=0.3208(T) 7、 f=10kHZ時(shí) P=1.24161e1(W) Hmin=2.6483e1(A/m) Bmin=0.0666(T) 五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 一、 對于單鋼片的位置與磁場平行的情況： 1）實(shí)驗(yàn)值表格 F(Hz) Bmin(T) P(W) 50 0.4973 6.32054E-002 200.4628 8.83642E-001 5000 0.0290 1.11579E+001 2）理論值計(jì)算與結(jié)果 低頻公式理論表格 F(Hz) Bmin(T) P(W) 50 0.4975 6.325e-002 200.4620 8.825e-001 5000

8、0.0288 2.125e001 高頻公式理論表格 F(Hz) Bmin(T) P(W) 5000 0.0288 1.13868e001 3）誤差分析 誤差表格 F(Hz) Bmin P 50 0.03 0.07 200.04 0.13 5000 0.11 47.5(低) 2.0(高) 經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)在50HZ和20HZ時(shí),仿真結(jié)果與低頻損耗計(jì)算結(jié)果吻合較好；在5000HZ時(shí),仿真結(jié)果與高頻損耗計(jì)算結(jié)果吻合也較好。而對于Bmin來說，3個(gè)頻率時(shí)候吻合得都非常好。 二、疊鋼片的渦流分析 不同頻率下的Bmin和P F（Hz） Bmin（T） P（W） 1 0.9997 1.99214e-6 60 0

9、.9993 7.16701e-3 360 0.9857 2.52253e-1 1k 0.9038 1.68902 2k 0.7167 4.64186 5k 0.3208 9.47030 10k 0.0666 1.24261e1 上表是實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)。 由工程電磁場的理論知識(shí)，易知在低頻和高頻下，渦流損耗的理論計(jì)算公式是不一樣的所以下面分別討論： 1、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與低頻下?lián)p耗的理論計(jì)算公式的比較 低頻渦流損耗的計(jì)算公式為：P=t22B224V, 式中，V為疊片體積；t為疊片厚度；B為峰值磁通密度；為疊片電導(dǎo)率；為外加磁場角頻率。V=12.7×10-3×0.356×10-

10、3×1=4.5212×10-6m3。 經(jīng)計(jì)算，可得到頻率小于2KHz的各個(gè)頻率的渦流損耗： 低頻數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值的比較 F（Hz） Bmin（T） P（W）理論 P（W）實(shí)驗(yàn) 1 0.9997 1.9593e-6 1.99214e-6 60 0.9993 7.0535e-3 7.16701e-3 360 0.9857 2.5408e-3 2.52253e-1 1k 0.9038 1.9605 1.68902 2k 0.7167 7.8420 4.64186 5k 0.3208 4.9012e1 9.47030 10k 0.0666 1.9604e2 1.24261e1

11、經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，在頻率小于2K時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論值比較吻合，而當(dāng)頻率大于2KHZ時(shí)，誤差就很大了，說明原來的理論計(jì)算公式已不再適用，應(yīng)當(dāng)另謀他法。 2、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和高頻損耗計(jì)算公式的比較 當(dāng)頻率較高時(shí)，計(jì)算渦流損耗就應(yīng)該另外尋求公式，查閱資料可得，高頻時(shí)的渦流損耗計(jì)算公式為P=12Ht2RsS=Ht22=Ht222S 式中，S為疊片表面積；Ht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；Rs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(jì)算2KHZ和5KHZ的情況。 高頻數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值的比較 F（Hz） Bmin

12、（T） P（W）理論 P（W）實(shí)驗(yàn) 2k 0.7167 5.6918 4.64186 5k 0.3208 9.0000 9.47030 10k 0.0666 12.727 1.24261e1 3誤差分析 誤差表格 F(Hz) Bmin P 1 0.004 3.3 60 0.097 3.3 360 8.11 5.5 1K 16.4 17 2K 18.8 42（低） 20（高） 5K 7.91 80（低） 6.6（高） 10K 0.27 34（低） 1.9（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(jì)算結(jié)果吻合較好；在頻率(大于)等于5k Hz時(shí),仿真結(jié)果與高頻損耗計(jì)算結(jié)果吻合也較好。而對于Bmin來說，一開始吻合的非常好，中間誤差相對很大，而最后又吻合的很好。 實(shí)驗(yàn)證明，渦流在現(xiàn)實(shí)生活中的存在。而且，其影響會(huì)隨著頻率的變化而變化。具體來說就是頻率越高，損耗越