范文一:工程电磁场涡流损耗
工程电磁场实验报告
-----叠片钢涡流损耗分析
班级:学号:序号:姓名:袁路路
10101901 1010190150 43
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MAXWELL 2D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=3977.77A/m,即Bz=1T,要求;
计算机仿真:叠片钢的模型为四片钢片叠加而成,每一片界面的长和宽分别为12.7mm 和0.356mm ,两片之间的距离为8.12μm ,叠片钢的电导率为
2.086e6S/m,相对磁导率为2000,建立相应的几何模型,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、实验步骤
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,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涡流损耗值P 和最低磁通密度B min 。
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、 实验数据结果
1、f=1HZ时 P=1.933644e-6(W) H min =3.9777e2(A/m)
2、f=60HZ时 P=6.9567e-3(W) H min =3.9764e2(A/m)
P=2.45088e-1 (W) H min =3.9314e2 (A/m)
f=1kHZ时 P=1.64842(W) H min =3.6567e2(A/m)
P=4.58867(W) H min =3.0164e2
f=5kHZ时 P=9.56412(W) H min =1.6401e2(A/m)
P=1.28196e1(W) H min =8.0147e1(A/m)
五、 实验数据分析
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 =
t 2ω2B 2σ
24
V ,
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。V =12.7×10?3×0.356×10?3×1=4.5212×10?6m 3。
低频率下的Bmin 和P
F(Hz) Bmin (T) P(w)计算值 P (w )实验值 1 1 1.9605E-06 1.93364E-06 60 0.999 0.0070578 6.9567E-03 360 0.987 0.25408 0.245088 1k 0.912 1.9605 1.64842 2k 0.743 7.842 4.58867 5k 0.396 49.012 9.56412 10k 0.191 196.04 12.8196
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 =
1
2H R s S t 2
=2δ
H 2t σ
=
H 2t 2
2σS
ωμ
式中,S 为叠片表面积;H t 为磁场强度切向分量;σ为叠片电导率;μ为叠片相对磁导率;ω为外加磁场角频率;R s 为单位表面积叠片的阻抗;δ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。
高频下的Bmin 和P
F(Hz) Bmin (T) P(w)计算值 P (w )实验值 2k 0.743 5.6918 4.588867 5k 0.396 9 9.56412 10k 0.191 12.727 12.8196
3误差分析
误差分析
△P (w ) 相对误差
2.686E-08 1.37% 0.0001011 1.43% 0.008992 3.53% 0.31208 15.90% 3.2533 41.50% 39.44788 80.50% 183.2204 93.40% 1.102933 19.30% -0.56412 6.20% -0.0926 0.73%
F(Hz)
1
60 360
1k
2k(低频) 5k(低频) 10k(低频) 2k(高频) 5k(高频) 10k(高频)
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。
六、 实验总结
本次实验,通过用Maxwell 对叠片钢涡流损耗进行仿真分析的实验,我对涡流有了更深刻的理解和认识,同时对该软件也熟悉了。从中了解到仿真在学习中对我们的帮助很大,我们以后应该多学习有关这方面的认识,这样很多抽象的东西就可以形象化,使我们更容易理解。
范文二:叠片钢涡流损耗分析1
工程电磁场实验报告
——叠片钢涡流损耗分析
学号:
姓名:
指导老师:
一 实验目的
1. 认识钢的涡流效应,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MAXWELL 2D计算碟片钢的涡流
二 模型分析
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8.12um ,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。
由于该模型对称,所以仿真中只取第一象限作为计算对象。
三 仿真结果及分析
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=60Hz时的磁场强度分布如图:
f=10kHz是的磁场强度分布如图:
四 数据分析
低频涡流损耗的计算
低频涡流损耗的计算公式为:
P =
t ω
22
u H σ
22
24
V
式中,V 为叠片体积;t 为叠片厚度;H 为峰值磁场强度;σ为叠片电导率;ω为外加磁场角频率。
Maxwell 2D所获得的功率损耗値是假定叠片钢在Z 方向上具有单位长度(1m )时而计算出来的。因此,上式中的体积显然需要按以下公式计算:
V =12.7?10
-3
?0.356?10
-3
?1=4.5212?10
-6
m
3
F(Hz) 1 60 360 1k 2k 5k 10k
Hmin(T) 3.977e+002 3.9764e+002 3.9314e+002 3.656e+002 3.0161e+002 1.6395e+002 8.0300e+001
P (W ) 1.9605e-6 7.046e-3 2.478e-1 1.655 8.140 5.630 2.1856e2
按照此公式计算的各个频率下的涡流损耗如下表:
经过对比发现在2kHz 以下频率,数值结果与低频涡流损耗公式的计算结果吻合的非常好。
数值结果与高频损耗计算公式的比较
公式:p =
12
H t R s S =
2
H t 2
2
ωu
2σ
S
按照此公式计算的各个频率下的涡流损耗如下表:
经过对比发现,在频率大于10k Hz时,数值计算结果与高频涡流损耗公式计算的结果吻合的非常好。
五 实验总结
1、关于Maxwell 2D
这个软件是我们初次使用,因此,在问题出现时,不知如何解决。所以,鉴于该软件在电磁工程方面的应用比较广泛,以后会通过多操作,增加熟练程度。
2、通过仿真实验,进一步了解了涡流形成的原因(导体块处于变化的磁场中)、涡流损耗的影响因素()
2、在应用公式
P =
t ω
22
u H σ
22
24
V 进行理论值计算式时,对于t
叠片厚度,不能理解,不知道其取值如何得到,因此,只能通过计算实验册的数据得到。经过计算发现每组不同的频率f 取值下,t 均不同。
1. 了解了MAXWELL 2D这个软件,它能自动计算损耗、铁耗、不同频率所对应的阻抗、力、转矩、电感以及储能。为以后的学习提供了方便。
2. 了解了涡流损耗的形成原因,知道了影响涡流损耗的大小的因素。 3. 掌握了涡流损耗的计算方法,并知道在高频与低频功率损耗不同的情况下,由于趋皮深度与叠片厚度的关系,所运用的计算公式不同。
范文三:叠片钢涡流损耗分析
一、实验目的
1. 认识钢的涡流效应,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 MAXWELL 2D计算碟片钢的涡流
二、实验内容
叠片钢的模型为四片钢片叠加而成, 每一片界面的长和宽分别为 12.7mm 和 0.356mm ,两片之间的距离为 8.12um ,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 m A H Z /77. 397=,即 T B Z 1=,建立相应 几何模型,并指定材料属性,指定边界条件,上边界和右边界为偶对称边界,上 边界和下边界。分析不同频率下的涡流
做不同频率下的叠片钢磁场分布图, 计算不同频率下的最低磁通密度和涡流 损耗,与理论计算结果进行比较。
三、模型分析
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 8.12um ,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。
由于该模型对称,所以仿真中只取第一象限作为计算对象。
四、仿真结果及分析
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=1Hz时的磁场强度分布图:
f=60Hz时磁场强度分布图:
f=360Hz时的磁场分布图:
f=1kHz时的磁场分布图:
f=2kHz时的磁场分布图:
f=10kHz时的磁场强度分布图:
五、数据分析
低频涡流损耗的计算
低频涡流损耗的计算公式为:
22224
t B P V
ωσ=
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。
Maxwell 2D所获得的功率损耗値是假定叠片钢在 Z 方向上具有单位长度 (1m )时而计算出来的。因此,上式中的体积显然需要按以下公式计算:
33612.7100.3561014.521210V ---=????=? 3m
按照此公式计算的各个频率下的涡流损耗如下表:
经过对比发现在 1kHz 以下频率,数值结果与低频涡流损耗公式的计算结果吻合 较好。在高频段数值计算结果和低频损耗计算公式的结果吻合的不好。
高频涡流损耗的计算
公式:P=1/2(Ht2RsS)=1/2(ω*μ/2σ) 1/2*S
其中 S=2*(12.7*10-3*1+1*0.356*10-3)=2.6112*10-3m 2
数值结果与高频损耗计算公式的比较
按照此公式计算的各个频率下的涡流损耗如下表:
经过对比发现,在频率大于 1k Hz 时,数值计算结果与高频涡流损耗公式计 算的结果比较吻合。
六、结论
在指定边界条件与源中, 指定左边界与下边界为偶对称边界, 因为我们只是 计算了叠片在第一象限的涡流损耗, 而涡流应是对称的, 所以应该将第一象限的 计算结果对称到其他几个象限去, 应该设置为偶对称边界。 而上边界与右边界指 定外磁场数值则是轴向磁场求解器惟一一种施加源的方式。
实验结果表明,导体处于变化的磁场当中时,内部会有感应电流即涡流的流 动。 涡流也会产生磁场, 该磁场有去磁效应, 所以置于变化的外加磁场内的导体 内部的磁场呈现集肤效应。
在高频和低频功率损耗不同的情况下, 不能用一样的计算公式:P=(tωB)^2*σV/24成立的条件是当频率低于 2KHz 时,趋肤深度远小于叠片厚度; P=0.5RSH^2=H^2/2*(ωμ/2σ) 1/2*S是在假设金属趋肤深度远远小于叠片厚度时 得到的,适应于频率大于等于 10kHZ 的情况。
d=(2/ωμγ) 1/2,导体集肤效应跟导体材料及频率有关,导电性能越好的导 体集肤效应越明显。所以用软件仿真过程中,要注意对叠片钢材料的选择
七、 实验总结体会
1. 了解了 MAXWELL 2D这个软件, 它能自动计算损耗、 铁耗、 不同频率所对应的 阻抗、力、转矩、电感以及储能。为以后的学习提供了方便。
2. 了解了涡流损耗的形成原因,知道了影响涡流损耗的大小的因素。
3. 掌握了涡流损耗的计算方法, 并知道在高频与低频功率损耗不同的情况下, 由 于趋皮深度与叠片厚度的关系
参考文献
[1] 冯慈璋 , 马西奎 , 主编 . 工程电磁场导论 . 高等教育出版社 , 2006.
范文四:叠片钢涡流损耗分析
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Maxwell 2D计算叠片钢的涡流。
二、实验内容
三、实验原理
如图所示:
四、仿真结果及分析
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=1Hz时的磁场强度分布图如下:
f=60Hz时的磁场强度分布图如下:
f=360Hz是的磁场强度分布如图:
f=1kHz是的磁场强度分布如图:
f=2kHz是的磁场强度分布如图:
f=5kHz是的磁场强度分布如图:
f=10kHz是的磁场强度分布如图:
1. 数值结果与低频损耗计算公式的比较: 低频涡流损耗的计算公式为:
t 2ω2B 2σP =V
24
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。
Maxwell 2D所获得的功率损耗値是假定叠片钢在Z 方向上具有单位长度(1m )时而计算出来的。因此,上式中的体积显然需要按以下公式计算:
V =12.7?10-3?0.356?10-3?1=4.5212?10-6 m 3
按照此公式计算的各个频率下的涡流损耗如下表:
经过对比发现在2kHz 以下频率,数值结果与低频涡流损耗公式的计算结果吻合的非常好。
2. 数值结果与高频损耗计算公式的比较
按照此公式计算的各个频率下的涡流损耗如下表:
经过对比发现,在频率大于10k Hz时,数值计算结果与高频涡流损耗公式计算的结果吻合的非常好。
六、Maxwell 2D运用的体会
Maxwell 2D是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分析软件,一般在电磁物体满足轴向均匀或RZ 对称的条件下采用。它采用图形化的设计界面,可以直观、快捷地进行电磁场的仿真。
Maxwell 2D 通常适合处理二维交流磁场、二维直流磁场、二维静电场、二维瞬态场、二维等效电路发生器、二维参数分析等等。不仅如此,它具有强大的后处理能力,在仿真结束之后,还可以通过后处理工具对得到的数据进行多种分析。
通过此次实验,本人初步了解、掌握使用Ansoft 公司出产的Maxwell 2D软件的基本操作以及使用方法。在对实验“螺线管电磁阀静磁场分析”认真阅读、反复操作后,本人独立并完整地进行了实验“叠片钢涡流损耗分析”,并撰写此试验报告。
本人认为基于Maxwell 2D软件,能够解决电磁场领域的一些基本问题,且对于日后电气工程及其自动化专业的递进学习具有相当的意义。Maxwell 2D软件的界面形式非常简单,且操作步骤相对固定:①建立几何模型;②指定材料属性;③指定边界条件;④求解条件。而Maxwell 2D强大的后处理功能不仅能直观的显示场量的分布,还
能相关变量的函数关系,更能进行关键系统的分析。这表明Maxwell 2D 软件具有合理的实验性以及高度的工程模拟性。
在今后《工程电磁场》的模拟和实验中,不仅需要认真操作,更应理性思考实验背后隐含的数据关系和实验原理,只有对实验进行深刻的分析才能得到更有意义的结论。
范文五:叠片钢涡流损耗分析
工程电磁场实验报告
——叠片钢涡流损耗分析
学号:0810200227
姓名:刘南舢
指导老师:李强
一 实验目的
1. 认识钢的涡流效应,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MAXWELL 2D计算碟片钢的涡流
二 模型分析
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8.12um ,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。
由于该模型对称,所以仿真中只取第一象限作为计算对象。
三 仿真结果及分析
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=60Hz时的磁场强度分布如图:
f=10kHz是的磁场强度分布如图:
四 数据分析
低频涡流损耗的计算
低频涡流损耗的计算公式为:
P =
t ωB σ24
2
2
2
V
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。
Maxwell 2D所获得的功率损耗値是假定叠片钢在Z 方向上具有单位长度(1m )时而计算出来的。因此,上式中的体积显然需要按以下公式计算:
V =12.7?10
-3
?0.356?10
-3
?1=4.5212?10
-6
m
3
按照此公式计算的各个频率下的涡流损耗如下表:
经过对比发现在2kHz 以下频率,数值结果与低频涡流损耗公式的计算结果吻合的非常好。
数值结果与高频损耗计算公式的比较
公式:P=1/2(Ht2RsS)
按照此公式计算的各个频率下的涡流损耗如下表:
经过对比发现,在频率大于10k Hz时,数值计算结果与高频涡流损耗公式计算的结果吻合的非常好。
五 实验总结
1. 了解了MAXWELL 2D这个软件,它能自动计算损耗、铁耗、不同频率所对应的阻抗、力、转矩、电感以及储能。为以后的学习提供了方便。
2. 了解了涡流损耗的形成原因,知道了影响涡流损耗的大小的因素。 3. 掌握了涡流损耗的计算方法,并知道在高频与低频功率损耗不同的情况下,由于趋皮深度与叠片厚度的关系,所运用的计算公式不同。