【精品】叠片钢涡流损耗分析

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1、—、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Maxwell2D计算叠片钢的涡流。二.实验内容作用在磁钢表面的外磁场Hz=397.77丄/〃7,即Bz=17,耍求:1)理论分析与计算机仿真：钢片的位克与磁场半行，在50Hz、200Hz、5OOOHZ的情况下，已知钢片厚为a=0.5mm,长度远大于a,y=2%,“=lOOO“o,分别从理论计算、il算机仿貞•两个方面进行磁感应强度分析。进行涡流损耗分析。2)计算机仿真：肴片钢的模型为四片钢片脅加而成，每一片界面的长和宽分别为12.7imii和

2、0.356mm,两片Z间的距离为&12刃〃，脅片钢的电导率为2.08e6S/iib相对磁导率为2000,建立相应儿何模羽，并指定材料属性，指定边界条件。分析不同频率下的涡流损耗。三.实验原理二维轴向磁场涡流分析理论将导电材料放置于时变磁场中・在导电材料中会产生涡流・涡流亦垂頁于磁场的平面内涡旋流动，通过指定边界处的外加磁场・利用以下方程求解磁场分布Vx—5—Vx//

3、+j(a^/=0a+j(ae)(5.1)左前面已经给出时谐场的Maxwell方程组VxH(5.2)(5.3)由式(5.2)可以导出E=—-—VxH(5.4)

4、)代入式(5.3),可得到VxVx//]+iojfiH=0(5.5)工+jg电流密度和电场强度的计算1・H已知在获得H后，通过以下方程计算涡流分布与位移电流密度分布。J=^e+Jd=VxW=(a+jo)e)E(5.6)注意：轴向磁场涡流求解器假定求解问题中不包含标因此传导电流为JI=oE=-V0)=-ajW-oV0=je+j,(5.7)由于式(5.7)中没有外加电流源.因此有Jc=Je(5.8)即传导电流等于涡流。显然，电流密度为复数，其实部对应涡流密度，虚部对应位移电流密度。2・0、£、“和0)已知电场强度百为£=—-—(5.9)(7+jx3.

5、涡流强度计算利用以下关系计尊涡流电流/=Jj-dA=j(a+j

6、施加某一频率的交变磁场，就可以利用轴向磁场涡流求解器分析导电介质維场分布问题.在交流变压器和驱动器中，軽片钢的功率损耗很重要。大多数扼流圈和电机通常使用替片，以减少涡流损耗，但是这种损耗仍然很大，待别是在高频的情况下，交变设备中由脉宽调制波形所产生的涡流损耗不仅降低了设备的整体性能，也产牛•了热。设计工程师通常采用两种方法预测叠片钢的损耗；使用叠片钢厂商提供的铁耗随频率的变化曲线，但是往往很难得到这样的曲线：使用简单的计算公式・公式中的涡流损耗是栓片厚度的函数，但是这样的公式往往仅在频率为60Hz或更低的频率悄况下才是正确的。而大多数交变电磁设备

7、，所使用的频率可达到千赫兹或兆赫兹，因此需要用其他的方法预测涡流损耗。在非常高的频率F,涡流损耗远大于磁滞损耗，铁损几乎完全是由涡流引起的。涡流损耗可以使用有限元法通过数值计算获得。本节就采用轴向磁场涡流求絕器来计算不同频率下的涡流损耗。如图所示：模型由4片叠片钢组成，每一片截面的长和宽分别为12.7mm和0.356mm,两片之间的距离为8.12gm,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BRT。软件计算了不同频率下的最低磁通密度Bmin和涡流损耗P:如下表:F(Hz)Bmin

8、(T)P(W)10.97771.92719e-006600.99416.95632e-0033600.98812.45084e-001lk0.91941.64837e+0002k0.75814.58856c+0005k0.41279.56395e+00010k0.20191.28198e+001f二1Hz时的磁场强度分布图如下:H(Vm]3・9777+023.9777e*0023.9777«*0023.9777e*0023.9777t*0023.9777e*0023.9777«*0023.9777«*0023.9777e*0023.9777e*O

9、O23.9777e-H)02f=60Hz口寸的磁场强度分布图如下:f=360Hz是的磁场强度分布如图:H(A/m]f二lkllz是的磁场