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工程电磁场实验报告 ——叠片钢涡流损耗分析 学号： 一．实验内容 1）认识钢的涡流效应的损耗，以及减小涡流的方法。 2）学习涡流损耗的计算方法。 3）学习用MAXWELL 2D计算叠片钢的涡流。 二． 模型分析 （1）模型由四片叠片钢组成，每一片的长宽分别为12.mm和0.256mm，两片之间的距离为8.12μm，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Bz=1T。 （2）由于模型对XY轴有对称性，因此可以只计算第一象限内。 三．实验原理 在交流变压器和驱动器中，叠片钢的功率损耗很重要。大多数扼流圈和电机通常使用叠片，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，也产生了热。 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；使用简单的计算公式，但这样的公式对频率有限制（低于60赫兹）。因此需要其他方法预测涡流损耗。采用有限元法通过数值计算可获得涡流损耗，本节中就采用轴向磁场涡流求解器来计算不同频率下的涡流损耗。 四．实验过程 计算机仿真 按照实验要求，生成几何模型，并指定材料属性，边界条件和源，然后将频率参数分别设定为1Hz，60Hz，360Hz，1KHz，2KHz，5KHz,10KHz，进行求解。然后画出不同频率下叠片钢的磁场分布图。 显示截图如下： Hz=1Hz截图： Hz=60Hz截图： Hz=360Hz截图： Hz=1KHz截图： Hz=2KHz截图： Hz=5KHz截图： Hz=10KHz截图： 五、实验数据 由软件得不同频率下的涡流损耗P（W）和H（A/m）的值分别如下 不同频率下的Bmin和P F（Hz） Hmin（A/m） Bmin（T） P（W） 1 3.9777e+002 0.9997 1.93366E-006 60 3.9764e+002 0.9994 6.95683E-003 360 3.9314e+002 0.9881 2.45090E-001 1k 3.6566e+002 0.9190 1.64843E+000 2k 3.0161e+002 0.7580 4.58865E+000 5k 1.6397e+002 0.4121 9.56415E+000 10k 8.0303e+001 0.2018 1.28184E+001 计算理论值并与测量值进行比较 Bmin的计算公式为B=μH，H可由图中直接读出，本题中μ值为2000×4π×10-7。 1）低频涡流损耗计算公式 低频涡流损耗计算公式为P=t2ω2B2σ/24 （V），其中，V为叠片体积，B为峰值此帖哦哦那个密度，σ为叠片电导率，ω为外加磁场角频率。本公式使用条件为频率低于2KHz，趋肤深度远小于叠片厚度。本题中V=12.7×10-3×0.356×10-3×1=4.5212×10-6 （m3），B为上述计算值。 由此可得理论值，并与测量值一起可得下表： F（Hz） Bmin（T） P(W)测量 P(W)理论 1 0.9997 1.93366E-006 1.9593E-6 60 0.9994 6.95683E-003 7.0493E-3 360 0.9881 2.45090E-001 2.4807E-1 1k 0.9190 1.64843E+000 1.6558 2k 0.7580 4.58865E+000 4.5057 5k 0.4121 9.56415E+000 8.3236 10k 0.2018 1.28184E+001 7.9838 2）高频涡流损耗计算分析 高频时的公式是假定金属的趋肤深度远小于金属厚度的情况下得到的： P=Ht2RSS/2=Ht2/2×（ωμ/2σ）1/2×S 使用条件为频率低于2KHz，趋肤深度远小于叠片厚度。叠片钢与磁场强度H的切面共有4个，故总表面积S=2×（12.7×10-3+0.356×10-3）=2.6112×10-3 (m2）. F（Hz） Bmin（T） P(W)测量 P(W)理论 2k 0.7580 4.58865E+000 5.9239 5k 0.4121 9.56415E+000 9.7467 10k 0.2018 1.28184E+001 1.4207E+1 3)误差分析 误差分析 F(H