闡述硅鋼片兩種參數(shù)設(shè)置的區(qū)別

1概述

在硅鋼片材料的EditMaterial設(shè)置窗口中，有一個(gè)“Bulk Conductivity”設(shè)置選項(xiàng)，在“Core Loss at One Frequency” 窗口，也有一個(gè)“Conductivity” 選項(xiàng)設(shè)置。本文將闡述硅鋼片的這兩種參數(shù)設(shè)置的區(qū)別。

2實(shí)現(xiàn)方法

在Maxwell中，通常把疊片硅鋼片用一個(gè)整體來(lái)建模，而不會(huì)把每一片疊片模型都單獨(dú)建出來(lái)，疊片模型采用解析法進(jìn)行計(jì)算，按體積來(lái)進(jìn)行加權(quán)。

下面將介紹如何在Maxwell中設(shè)置建立這種硅鋼片的電導(dǎo)率。這里主要考慮的是疊片鐵芯，以阻止硅鋼片中流動(dòng)的體電流，此處我們只把感應(yīng)電流作為鐵損 Core Loss計(jì)算的一部分，而不是大范圍的感應(yīng)電流。

用戶把材料的成分設(shè)置為疊壓型Lamination時(shí)，需要記住設(shè)置疊壓系數(shù)和疊壓方向，疊壓方向(Stacking Direction)是疊片平面的法向方向，選項(xiàng)有三種，為V(1)、V(2)、V(3)，分別代表以下三種方向： (1) 直角坐標(biāo)系的X、Y、Z方向， (2) 圓柱坐標(biāo)系的R、Phi、Z方向 (3) 球坐標(biāo)系的 Rho, Theta, Phi方向 疊壓系數(shù)(StackingFactor)是一個(gè)0和1之間的系數(shù)，硅鋼片一般由導(dǎo)磁的鋼和不導(dǎo)磁的絕緣材料組成，該系數(shù)是導(dǎo)磁部分長(zhǎng)度與總長(zhǎng)度的比值。

為了抑制并忽略鐵芯內(nèi)的感應(yīng)電流，用戶可將疊片材料的體電導(dǎo)率 Bulk Conductivity設(shè)置為0。設(shè)置體電導(dǎo)率Bulk Conductivity菜單操作為：Modeler>>Assign material>>選擇需要設(shè)置的材料>>點(diǎn)擊 View/Edit materials，在如下圖所示的View/EditMaterial窗口中，將“Bulk Conductivity”設(shè)置為0即可。

典型疊片硅鋼片設(shè)置： Bulk Conductivity 設(shè)置為0 通過(guò)該設(shè)置，鐵芯內(nèi)的所有損耗將由鐵芯的損耗設(shè)置決定。這是2D分析的最佳選擇，也是3D應(yīng)用中的基礎(chǔ)選項(xiàng)。 在3D的瞬態(tài)場(chǎng)仿真時(shí)，如果Bulk Conductivity設(shè)置為大于0，并且把渦流效應(yīng)Eddy Effect關(guān)閉，那么進(jìn)入鐵芯的法向磁通引起的額外的損耗部分會(huì)被計(jì)算，如下圖所示。

體電導(dǎo)率Bulk Conductivity 按實(shí)際材料規(guī)格設(shè)定(考慮法向磁通損耗的高級(jí)設(shè)置) 這個(gè)額外的損耗部分在鐵損報(bào)告Report中隨時(shí)間顯示在渦流損耗曲線下。這只是后處理運(yùn)算，并不會(huì)影響場(chǎng)計(jì)算結(jié)果。

設(shè)置體電導(dǎo)率 BulkConductivity大于0，考慮鐵損計(jì)算時(shí)的法向磁通步驟如下： (1) 使用一個(gè)簡(jiǎn)單的非零電導(dǎo)率conductivity（非各向異性）； (2) 將材質(zhì)成分設(shè)置為“層疊” Laminated; (3) 關(guān)閉掉渦流效應(yīng)Eddy Effect； (4) 采用標(biāo)準(zhǔn)的Electric Steel損耗模型和系數(shù)（Kh,Kc,Ke)，并把鐵耗Core Loss打開。

特別注意，對(duì)于典型應(yīng)用(如電機(jī)、變壓器、電抗器)中層疊的鐵芯，磁通的法向分量引起的損耗是比較小的。而對(duì)于一些特別的應(yīng)用，比如有高漏抗的功率變壓器，法向磁通可能會(huì)比較大，從而在負(fù)載運(yùn)行時(shí)在層疊的鐵芯中引起額外的損耗。在這些特殊的應(yīng)用中，電導(dǎo)率conductivity可以被設(shè)置為大于0。

對(duì)于層疊材料（特別是2D模型中），渦流效應(yīng)Eddy Effect總是被關(guān)閉的。這將確保當(dāng)電導(dǎo)率大于0時(shí)，被計(jì)算的物體不計(jì)算渦流效應(yīng)（AC 和集膚效應(yīng)）。層疊鐵芯的渦流損耗（由每一個(gè)疊片中的很小的渦流電流引起的）包含于鐵芯損耗計(jì)算中。 鐵芯損耗使用損耗系數(shù)來(lái)直接計(jì)算基于場(chǎng)量及其導(dǎo)數(shù)的損耗密度。如果這些系數(shù)不是已知的，用戶可通過(guò)兩種擬合方法來(lái)從損耗曲線（BP曲線）中提取這些損耗系數(shù)，分別為擬合單頻率曲線和擬合多頻率曲線兩種。

當(dāng)采用多頻率曲線擬合時(shí)，三個(gè)損耗系數(shù)直接從BP曲線 vs frequency數(shù)據(jù)擬合得到。

當(dāng)采用單頻率數(shù)據(jù)時(shí)，有兩個(gè)系數(shù)從BP曲線擬合得到，另一個(gè)系數(shù)（Kc）由材料的電導(dǎo)率和疊壓硅鋼片的厚度得到。電導(dǎo)率Conductivity用于計(jì)算獲得疊壓鐵芯的Steinmetz損耗系數(shù)，在BP曲線的輸入界面上會(huì)二次輸入。二次輸入的電導(dǎo)率conductivity對(duì)場(chǎng)量的求解和計(jì)算無(wú)影響，只影響用于鐵芯損耗計(jì)算的系數(shù)的生成（這是一個(gè)后處理運(yùn)算）。

單頻率的鐵芯損耗曲線選擇 在下拉菜單的“Calculate Properties for”選項(xiàng)中，有一個(gè)“CoreLoss at One Frequency”選項(xiàng)，如下圖所示。一個(gè)BP曲線的輸入窗口將詢問(wèn)是否選擇“Core Loss at One Frequency”。窗口中的電導(dǎo)率Conductivity是疊壓硅鋼片的電導(dǎo)率，用于提取Steinmetz損耗系數(shù)。

單頻率鐵損BP曲線的設(shè)置窗口 用戶也可以查看相關(guān)的Maxwell在線幫助主題。

審核編輯：劉清