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1、技能培训专题 工程电磁场讲义工程电磁场报告Mawell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：0808190246 姓名：吴鹏 2021/5/8 Mawell仿真分析 二维轴向磁场涡流分析源的处理 在学习了Ansoft公司开发的软件Mawell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
2、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。 一、 实验目的 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MAWELL 2D计算叠片钢的涡流。 二、 实验模型 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1T。 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2.08e6 S/m，相对磁导率为20，作用在磁钢表面的外磁场Hz=397.77A/m，即Bz=1T。考虑到
3、模型对，Y轴具有对称性，可以只计算第一象限内的模型。 三、 实验步骤 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，这样做起来比较方便。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
4、，所以设定好Frequency后，进行求解。 2、 将Frequency分别设置为1Hz、60Hz、360Hz、1KHz、2KHz、5KHz、10KHz，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。 四、 仿真图样 一、单个钢片的涡流分析 1）当 F=50HZ时， P=6.32054E-002（W） Hmin=3.9575E+002(A/m) Bmin= rHmin=4PI(10e-7)1000Hmin=0.4973(T
5、) 仿真计算过程如下： 2）当 F=20HZ时， P=8.83642E-001（W） Hmin=3.6825E+002(A/m) Bmin= rHmin=4PI(10e-7)1000Hmin=0.4628(T) 仿真计算过程如下： 3）当 F=5000HZ时， P=1.11579E+001（W） Hmin=2.3055E+001(A/m) Bmin= rHmin=4PI(10e-7)1000Hmin=0.0290(T) 仿真计算过程如下： 二、叠钢片涡流分析 1、 f=1HZ时 P=1.99214e-6(W) Hmin=3.9777e2(A/m) Bmin=1/397.773.9777e2=0
6、.9997(T) 2、 f=60HZ时 P=7.16701e-3(W) Hmin=3.9761e2(A/m) Bmin=1/397.112.9761e2=0.9993(T) 3、 f=360HZ时 P=2.52253e-1 (W) Hmin=3.9223e2 (A/m) Bmin=0.9857(T) 4、 f=1kHZ时 P=1.68902(W) Hmin=3.5960e2(A/m) Bmin=0.9038(T) 5、 f=2kHZ时 P=4.64186(W) Hmin=2.8517e2 Bmin=0.7167(T) 6、 f=5kHZ时 P=9.47030(W) Hmin=1.2766e2(
7、A/m) Bmin=0.3208(T) 7、 f=10kHZ时 P=1.24161e1(W) Hmin=2.6483e1(A/m) Bmin=0.0666(T) 五、 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) 50 0.4973 6.32054E-002 200.4628 8.83642E-001 5000 0.0290 1.11579E+001 2）理论值计算与结果 低频公式理论表格 F(Hz) Bmin(T) P(W) 50 0.4975 6.325e-002 200.4620 8.825e-001 5000 0.0288 2
8、.125e001 高频公式理论表格 F(Hz) Bmin(T) P(W) 5000 0.0288 1.13868e001 3）误差分析 误差表格 F(Hz) Bmin P 50 0.03 0.07 200.04 0.13 5000 0.11 47.5(低) 2.0(高) 经过对比发现在50HZ和20HZ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来说，3个频率时候吻合得都非常好。 二、叠钢片的涡流分析 不同频率下的Bmin和P F（Hz） Bmin（T） P（W） 1 0.9997 1.99214e-6 60 0.9993 7.
9、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 低频涡流损耗的计算公式为：P=t22B224V, 式中，V为叠片体积；t为叠片厚度；B为峰值磁通密度；为叠片电导率；为外加磁场角频率。V=12.710-30.35610-31=4.521210-6m3。 经计算，可得到频率
10、小于2KHz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 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 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
11、时，误差就很大了，说明原来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=12Ht2RsS=Ht22=Ht222S 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；为叠片相对磁导率；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2KHZ和5KHZ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 2k 0.7167 5.6918 4.6
12、4186 5k 0.3208 9.0000 9.47030 10k 0.0666 12.727 1.24261e1 3误差分析 误差表格 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） 经过对比发现,在1k Hz以下频率,仿真结果与低频损耗计算结果吻合较好；在频率(大于)等于5k Hz时,仿真结果与高频损耗计算结果吻合也较好。而对于Bmin来说，一开始吻合的非常好，中间误差相对很大，而最后又吻合的很好。 实验证明，涡流在现实生活中的存在。而且，其影响会随着频率的变化而变化。具体来说就是频率越高，损耗越大，这与生活常识也是吻合的。 六、实验总结 本次试验是通过Mawell对叠钢片涡流进行仿真分析，经过这次试验，使我对涡流有了更深入的了解，而且对该软件的使用变得更加得心应手。在以后的学习过程中，应该充分利用可以使用的一切工具来辅助学习，这样不仅对学习的课程很有帮助，而且开拓了思维，训练了动手能力。希望以后能更加的努力，学好这门课程，为以后的专业课打下坚实的基础！ 第 4 页 共 4 页