文档介绍：工程电磁场上机实验
——叠片钢涡流损耗分析
学号:0810200108
姓名:王一帆
实验名称
叠片钢涡流损耗分析
二、实验目的
1、了解叠片钢的涡流损耗效应,以及对设备性能的影响;
2、学习用Maxwell 2D计算叠片钢的涡流,并预测不同频率的涡流损耗;
3、学习涡流损耗的计算方法,用实验结果与仿真结果进行比对,并计算相应的误差。
三、实验原理
许多电工设备中都存在大块的导体。当大块导体处在变化的磁场中,其内部都会感应出电流。这些电流的的特点是:在大块导体内部自成闭合回路,呈旋涡状流动,即涡流。涡流在导体内流动时,会产生热效应。若采用整块硅钢制成变压器等大型导体,涡流产生的热效应使变压器造成很大的功率损耗。通常情况下使用大块的硅钢制成叠片,这样每一个叠片中的回路就会很小,即涡流损耗很小,这就是本次实验所研究的内容。
在MQS场中,磁场满足涡流场方程(扩散方程):
▽²H =μγ∂H/∂t; ▽²E =μγ∂E/∂t;▽²J =μγ∂J/∂t
解方程,得到:
HZ=B0ch(kx)/μ; BZ=B0ch(kx); Jy=J0sh(kx)。
计算得:BZ/B0=1/2[ch2kx+cos2kx], 其中k=μγω/2
由上式可得,不同频率下的涡流损耗值不同,频率越高,损耗值
越大。涡流损耗可以通过使用有限元法通过数值计算获得。本实验采用轴向涡流求解器来计算不同频率下的涡流损耗。
四、实验要求
如图所示,模型由4片叠片钢组成,,,,相对磁导率为2000,作用在磁钢表面的外磁场Hz=,即Bz=1T。求不同频率下的涡流损耗。
叠片钢模型如图所示:
五、实验内容与分析
根据不同的频率值,仿真各种情况下的涡流损耗。将频率设为F=1Hz,通过多次迭代计算,可得计算机的运算结果如下:
注意设置时,需使用建议迭代次数且Starting Mesh设置为initial,即使用初始值。将频率修改为各种不同的值,再根据绘图时给出的Hmin(A/m)的值,用公式B=μH=μ0μrH,可得各种情况下Bmin(T)和P(W)的实验结果为:
F(HZ)
Bmin(T)
P(W)
1

-006
60

-003
360

-001
1K

+000
2K

+000
5K

+000
10K

+001
进行理论计算时,可用以下公式:
1、低频涡流损耗计算公式:
P=t²ω²B²σ24V
式中,V为叠片体积;t为叠片厚度;B为峰值磁通密度;σ为叠片电导率;ω为外加磁场角频率。
本实验中,V=****1=*10-6m3
根据低频数值计算公式,求得不同频率下的理论计算值如表所示:
F(Hz)
Bmin(T)
P(W)
1

-6
60