工程电磁场实验报告

利用MAXWELL2D电磁场分析软件对静磁场进行分析实验目的a)认识钢的涡流效应的损耗，以及减少涡流的方法；b)学习涡流损耗的计算方法；c)学习用MAXWELL2D计算叠片钢的涡流。二、软件环境的使用简介及实验步骤以螺线管电磁阀静磁场分析为例，练习在MAXWELL2D环境下建立磁场模型，并求解分析磁场分布以及磁场力等数据。a)建立项目：其中包括生成项目录，生成螺线管项目，打开新项目与运行MAXWELL2D。b)生成螺线管模型：使用MAXWELL2D求解电磁场问题首先应该选择求解器类型，静磁场的求解选择Magnetostatic，然后在打开的新项目中定义画图平面，建立要求尺寸的螺线管几何模型，螺线管的组成包括Core、Bonnet、Coil、Plugnut、Yoke。c)指定材料属性：访问材料管理器，指定各个螺线管元件的材料，其中部分元件的材料需要自己生成，根据给定的BH曲线进行定义。d)建立边界条件和激励源：给背景指定为气球边界条件，给线圈Coil施加电流源。e)设定求解参数：本实验中除了计算磁场，还需要确定作用在螺线管铁心上的作用力，在求解参数中要注意进行设定。f)设定求解选项：建立几何模型并设定其材料后，进一步设定求解项，在对话框SetupSolutionOptions进入求解选项设定对话框，进行设置三、实验的结果及理论分析1.不同频率时的最低的磁通密度B和涡流损耗下图是Hz=1Hz和Hz=1kHZ时叠片钢的磁场分布。图1Hz=1Hz时叠片钢的磁场分布图1Hz=1KHz时叠片钢的磁场分布由MAXWELL2D软件通过有限元分析得出的不同频率出最低的磁通密度B和涡流损耗，见下表。表不同频率下的B(T)和PF（Hz）Bmin（T）P（W）10.9991.92947e-6600.9996.95679e-33600.9892.44296e-11K0.9151.648422K0.7324.577485K0.4089.5638210K0.0961.244e1由表格可以知道:频率越大，B的大小越小，磁集肤现象越明显，涡流损耗p会迅速增大。数值结果与低频损耗计算公式的比较低频损耗计算公式为P=式中，V为叠片体积；t为叠片厚度；B为峰值磁通密度；σ为叠片导电率；ω为外加磁场叫频率。由此计算各个频率下的涡流损耗，如下表所示。表低频数值计算结果F(HZ)Bmin(T)Bmin(T)误差P(W)P(W)误差11.0000.10%1.9605e-61.58%600.99907.0578e-31.75%3600.9870.10%2.5408e-13.85%1K0.9120.22%1.960516.18%2K0.7431.48%7.842041.63%5K0.39614.90%4.9012e180.67%10K0.19148.69%1.9605e293.65%经对比可知，在2KHZ以下频率。数值计算结果与低频损耗计算公式的结果吻合得非常好，误差较小。2改变叠片钢的厚度对最低的磁通密度B和涡流损耗的影响下图是Hz=1Hz时八片叠片钢的磁场分布及由MAXWELL2D软件通过有限元分析得出的最低的磁通密度B和涡流损耗图Hz=1Hz时厚度为1.000时的四片叠片钢的磁场分布表Hz=1Hz时厚度为0.356和1.000时的四片叠片钢的B和P叠片钢的厚度B(T)P(W)0.3560.9991.92947e-610.8934.12899e-5由表格和厚度为0.356的叠片钢对比可以看出:当叠片钢的厚度增加时，B的大小，涡流损耗p越大。所以在实际应用中应该尽量减小叠片钢的厚度。在频率高到一定程度后，甚至采用粉状材料压制而成的铁心以减小涡流损耗。由上可知：在频率一定，需要减小涡流损耗时，叠片钢应该尽量薄，电导率应尽量小。四、实验感想这次实验主要是学会MAXWELL2D这个软件的基本操作以及运用这个软件去分析电磁场典型问题，比如涡流损耗。MAXWELL2D有限元软件非常适合用于求解电气工程，电子工程领域的电磁场分析问题。本次实验中的仿真主要按如下的步骤来进行，首先在建立的工程中绘制叠片钢的几何模型，然后指定材料的属性，再指定边界条件和源，最后设定求解参数进行求解。步骤简单明确，容易上手。软件的MAXWELL2D通过二维磁场的有限元分析，使用迭代的数值方法，可以直接求出近似的涡流损耗，并绘制出磁场的分布情况。由于没有通用的解析解，在满足精度的要求下，用上面的方法求出来的B和P是可以接受和在实际中采用的。同时由绘制出的图形可以直观的看出磁场的分布，形象，而且也增加了学习《工程电磁场》这门课程的兴趣