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ANSOFT maxwell中电涡流磁场仿真求解域大小设置多少合适?有没有什么根据?
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如果激励源是被铁磁材料包围的,外面的求解域比模型大一点点就足够了（mm-cm随意）.因为铁磁材料的导磁率很高,漏磁非常少.
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关于Ansoft maxwell中电机铁耗和涡流损耗计算的说明
考虑到最近很多人在问这个问题，因此专门整理出来，供新手参考。 先谈一下什么情况下需要做铁耗分析。对常规交流电机（同步或者异步电 机），只有定子铁心才会产生铁耗，转子铁心是没有铁耗的，学过电机的人都明 白的。因此，只需要对定子铁心给出 B-P 曲线（也就是铁损曲线）。注意，B-P 曲线分为单频和多频两种，能给出多频损耗曲线最好，这样 maxwell 算得准些。 设置完铁损曲线以后，
还要记得在 excitations/set core loss，对定子铁心勾 选才行。此时，不需要给定子和转子铁心再施加电导率，这是初学者容易忽视的 问题。后处理中，通过 result/create transient reports/core loss 查看铁耗 随时间变化曲线。 再谈一下什么情况下需要做涡流损耗分析。对永磁电机，永磁体受空间高 次谐波的影响，会在表面产生涡流损耗；对实心转子电机，由于是大块导体，因 此涡流损耗占绝大部分。 以上两种情况需要考虑做涡流损耗分析。现以永磁电机 为例，具体阐述。对永磁体设置电导率，然后对每个永磁体分别施加零电流激励 源，在 excitations/set eddy effect，对永磁体勾选。注意，若只考虑永磁体 的涡流损耗，而不考虑电机其他部分（定转子铁心）的涡流损耗，则只需要给永 磁体赋予电导率值，其他部件不需要赋电导率，这是初学者容易搞错的地方。简 而言之，只对需要考虑涡流损耗的部件，施加电导率，零电流激励和 set eddy effect。后 处理中， 通过 results/create transient reports/retangular report/solid loss 查看涡流损耗随 时间变化曲线。最后，再次强调一下，做涡流损耗分析，需要 skin depth based refinement网格剖分才行。 以上方法，适用于 Ansoft maxwell 13.0.0 及以上版本，并适用于所有电机种类。 一、 MAXWELL 分析磁场时，电气设备或电气元件（无论是电机还是变压器）主要包括两个部 分，一个是励磁线圈，另外一个是磁性材料。所以总的损耗包括线圈损耗（也叫铜损）和磁 芯损耗（也叫铁损）两个部分。其中线圈损耗还包括直流损耗（也就是直流电阻的损耗）和 交流损耗 （交流电流下的趋肤效应和邻近效应产生的损耗） 这个交流损耗也叫做涡流损耗， ， 在涡流场和瞬态场中可以通过设置 EDDY EFFECTS 来计算。而铁损只能在瞬态场中计算。 铁损的计算， 主要是由磁芯材料供应商提供的各种频率和工作磁感应强度下的测试数据为基 础，使用 STEINMETZ 方程式，采用插值法得到的。这个铁损已经包含了磁芯的所有损耗， 即：磁滞损耗，涡流损耗和剩余损耗。 铁损的计算分两种， 一种主要是软磁铁氧体（POWER FERRITE),另外一种主要是矽钢片（ELECTRICAL STEEL)，两种计算公式不同。 二、 SOLIDLOSS（实体导体损耗)是指任何导体材料的损耗，既可以包含源电流，又可以有涡流 电流。 SOLID CONDUCTOR(实体导体）又包含两种，一种是主动导体，即有外加电流的导体，另 外一种 是被动导体，即没有外加电流。被动导体又有两种情况，短路和开路。定子和转子其实就是 被动导体 ， 当然有涡流存在， 也就是一种 SOLIDLOSS。 其实应该还有一种导体损耗， DISPLACEMENT (位移电流） ，但是通常都很小，一般用于交变电场分析，磁场中很少用。 三、关于 powerloss 和 coreloss四、关于永磁体的铁耗计算 1 .什么状况下应该给永磁体设置电导值？ 象钕铁硼等导电的永磁材料, 并要考虑永磁体中涡流的影时,要设置电导率. 2 .什么状况下给永磁体加上【set Eddy effects】？ 要计算永磁体中的涡流的影响时,应设置. 3.又在什么状况下给永磁体赋上【零电流】 由于电机轴向长度有限, 并且单块永磁内涡流自成回路, 因此永磁体截面上的电流有正向 和负向, 并且正、 负电流之和应等于零。 要正确计算永磁体中的涡流， 应将每块永磁体赋 【零电流】 。 4，若希望准确算额定转矩，应该怎么设置？（也可以同时说说硅钢片怎么设置） 理论上讲，要准确计算额定转矩，应考虑永磁体中的涡流，即设置：电导率、 【set Eddy effects】【零电流】 、 。但硅钢片不应设置电导率和【set Eddy effects】 ， 因为 2D 有限元是模拟轴向有一定长度的电磁问题，不能模拟很薄的硅钢片中的涡流问题， 这个问题是三维问题。 5. 若希望准确计算齿槽转矩，应该怎么设定？（也可以同时说说硅钢片怎么设置） 齿槽定位力矩一般是指低速下的值，因此不因考虑永磁体和硅钢片中的涡流。 6.若希望算表面贴磁的永磁电机的永磁体涡流损耗，应该怎么设定？（也可以同时说说硅钢 片 怎么设置）永磁体应按上面 4. 中说的设置，硅钢片应将电导率设为零，不考虑硅钢片中涡 流。 我的理解是这样的：在计算瞬态场时，铁耗的计算由材料的特性得到，set core loss 的选项 上要在铁芯上勾对号。 铁心分转子铁心和定子铁心， 因为定子铁心为叠片式的默认为无涡流损 耗，所 以不加 set eddy effects。而转子铁心是一个 solid，所以要加 set eddy effect 计算涡流损耗。在 显示损耗时，转子损耗在 soildless 里，定子损耗在 coreloss 里。当绕组为 solid 时，solidloss 加入 绕组中 eddy effects 效应之后的损耗。当绕组设为 stranded 时不存在这样的损耗。当铁芯 勾 set eddy effects 的选项时，solidloss 为默认铁芯不是叠片式而是 solid 时的铁芯损耗。 这显然要比 coreloss 要大的多。电压互感器外壳漏磁场和温度场有限元计算ansys教程
发表时间： && 作者: 张佳 王仲奕 陈晓鸣&&来源: 安世亚太
关键字: &&&
本文使用新版ansys教程，基于ANSYS Workbench环境，通过ANSOFT Maxwell和ANSYS Mechanical联合仿真的方法，计算了电磁式电压互感器（PT）正常运行时绕组产生的漏磁场，以及由漏磁引起的涡流和涡流损耗，并将在计算所得涡流损耗结果传递至 ANSYS Mechanical热分析模型中，计算电压互感器外壳的温度场分布。
1 引言 & &&& 电磁式电压互感器是用来连接电力系统中一次侧和二次侧的重要设备，广泛应用在GIS中，虽然电磁式电压互感器绕组单匝线圈中流过的电流很小，但是在750kVGIS中的电磁式电压互感器的高压绕组的匝数达到数十万匝，所以流过高压绕组整体的电流产生的漏磁场在金属部件中造成的涡流和涡流损耗不可忽视，涡流损耗会使电磁式电压互感器内部产生局部过热，因此设计时必须予以考虑。 & &&& ANSOFT Maxwell是一种通用的电磁场仿真软件，可用于计算电压互感器的漏磁场，ANSYS Mechanical包含了结构热分析功能，可用于计算电压互感器的温度分布。ansys教程在Workbench分析环境中集成了ANSOFT Maxwell软件，并提供了与ANSYS Mechanical的数据接口，因此利用Workbench环境可方便准确的计算电压互感器漏磁场引起的温度变化。 & 2 外壳漏磁场的计算和分析 & 2.1 计算模型的确定 & &&& 本文采用的计算模型基于西北某750kV变电站GIS用的电磁式电压互感器，其结构示意图如图1所示，对计算模型做如下假设： & &&& （1）忽略绕组线圈单匝导线的集肤效应，将绕组视为一个整体。 & &&& （2）忽略铁芯中的涡流和磁滞效应，以及金属结构材料的磁滞特性对漏磁场的影响。
& &&& 在上述假设条件下，三维涡流场的边值问题为：
& 2.2 涡流损耗的计算与分析 & &&& 当大块导体处于变化的电磁场中时，导体中会感应出自成闭合回路的涡旋电流，称之为涡流，其损耗（称为“涡流损耗”）可根据公式计算求得，其中J为涡流密度，γ为导体的电导率。 & 2.2.1 电流激励的计算 & &&& 在ANSOFT Maxwell的涡流场求解器中施加的电源激励为电流，所以本文首先采用瞬态场求解绕组中流过的电流。本文选取工频50Hz，幅值为750kV下的电压进行场路耦合计算，电路模型如图2所示，电路中的电容为高低压绕组的对地电容和高低压绕组间耦合电容，其值通过静电场求解获得。
& &&& 瞬态磁场求解时导入计算精度为1%的静磁场计算网格，能够快速收敛达到较高的求解精度，计算所得绕组单匝电流波形如图3所示。
& &&& 由图3可知，50Hz下互感器高压绕组单匝线圈电流约为0.016A，总匝数为225000匝，所以在计算漏磁场、涡流及涡流损耗时，给图1所示计算模型中的高压绕组施加总电流为3600A。 & 2.2.2 漏磁场，涡流和涡流损耗的计算ansys教程 & &&& 通过Maxwell软件对图1所示的电压互感器进行计算，得到电压互感器外壳的漏磁场，涡流和涡流损耗分布如图4-图6所示。
& &&& 从图4-图6可以看出： & &&& （1）外壳中最大磁感应强度为0.00124T，最大涡流密度为6.44e4A/m^2，最大涡流损耗密度为116.8W/m^3。 & &&& （2）涡流密度方向与磁感应强度方向垂直，涡流产生的磁场的方向与漏磁场的方向相反。 & &&& （3）涡流和涡流损耗密度较大的位置与绕组的位置对应。 & &&& （4）漏磁场密度较大的位置，涡流和涡流损耗密度也较大。 & 3 漏磁场和温度场的耦合分析ansys教程 & &&& 通过涡流场对电压互感器外壳涡流和涡流损耗的计算，得到了电压互感器正常运行下外壳中的漏磁场分布、涡流分布以及涡流损耗分布。在Workbench环境中添加热分析模板，并将Maxwell涡流场的计算结果导入热分析模型，计算获得外壳温。升本文主要是为了计算电压互感器外壳的温度场，计算中作如下假设： & &&& （1）假定电压互感器达到热平衡，即进行稳态热分析； & &&& （2）忽略外壳电导率随温度的变化，即只考虑电磁场对热的单向耦合。 & &&& 稳态时，三维温度场的边值问题为：
& 3.1 温度场计算模型及材料属性 & &&& 在ANSYS Workbench中添加稳态热分析模板，对绕组、铁芯以及外壳等各部件的材料在Workbench中的材料库中选取施加相应的材料。 & 3.2 温度场的计算 & &&& 利用Maxwell与Mechanical的耦合接口，采用鼠标拖拽的方式将Maxwell的计算结果数据链接至Mechanical热分析模板作为热源载荷进行加载，其计算流程如图7所示。
& &&& 电压互感器在正常运行下，外壳中产生的涡流损耗可能会造成外壳温度升高，本文将涡流场中计算所得的涡流损耗映射到温度场的计算中，如图7中A4与B5的关系。假设电压互感器周围温度为22°C，空气的自然对流换热系数为1―10，本文选5。 & &&& 经过计算得到电压互感器外壳温度分布如图8所示。
& &&& 从图中可以看出，电压互感器外壳的温度最大位置与绕组的位置相对应，与最大漏磁场，涡流密度和涡流损耗的位置相同，涡流损耗造成的最大温升仅为0.022°C，由此可见当电压互感器在正常工作时，有漏磁场引起的电压互感器外壳的温度升高可以忽略不计。 & 4 结论 & &&& 本文基于ansys教程，通过ANSOFT Maxwell和ANSYS Mechanical耦合的方式，求解电磁式电压互感器外壳因漏磁场产生涡流，涡流损耗造成的温升特性。通过计算可以得到以下结论： & &&& （1）通过对电压互感器外壳漏磁场计算和温度场分析可知，进入外壳的漏磁通越大，产生的涡流就越大，由涡流引起的温度就越高，并且热点温度出现在涡流集中的部位。 & &&& （2）在正常运行情况下，电压互感器外壳的温度升高可以忽略不计。
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