南京理工大学工程电磁场实验报告.doc

工程电磁场实验报告 姓 名：赵 玲 学 号：1010200219 指导老师：李 强日期：2013.6.16实验一 用超松弛迭代法求解接地金属槽内电位分布一、实验内容与要求试用超松弛迭代法求解接地金属槽内电位分布已知：a=4 cm ,h=10 mm给定边值如图所示。给定初值： 误差范围：计算迭代次数N，分布2、 原理1、 有限差分法（Finite Differential Method） 有限差分法是基于差分原理的一种数值计算法。其基本思想：将场域离散为许多小网格，应用差分原理，将求解连续函数 的泊松方程的问题转换为求解网格节点上 的差分方程组的问题。2、超松弛迭代法式中： 加速收敛因子(1 2)迭代收敛的速度与 有明显关系表1.1 迭代收敛的速度与 的关系最佳收敛因子的经验公式： 迭代收敛的速度与电位初始值的给定及网格剖分精细有关 迭代收敛的速度与工程精度要求有关3、 流程图4、 源程序#includevoidmain()doublea7,a8,a9,a12,a13,a14,a17,a18,a19,u7=0,u8=0,u9=0,u12=0,u13=0,u14=0,u17=0,u18=0,u19=0,b=1.2,N=0;doa7=u7;a8=u8; a9=u9; a12=u12; a13=u13; a14=u14; a17=u14; a18=u18; a19=u19; u7=u7+b/4*(u8+u12-4*u7); u8=u8+b/4*(u9+u13+u7-4*u8); u9=u9+b/4*(100+u14+u8-4*u9); u12=u12+b/4*(u13+u17+u7-4*u12); u13=u13+b/4*(u14+u18+u8+u12-4*u13); u14=u14+b/4*(100+u19+u9+u13-4*u14); u17=u17+b/4*(u18+u12-4*u17); u18=u18+b/4*(u19+u13+u17-4*u18); u19=u19+b/4*(100+u14+u18-4*u19); N+;while(u7-a71e-5|u8-a81e-5|u9-a91e-5|u12-a121e-5|u13-a131e-5|u14-a141e-5|u17-a171e-5|u18-a181e-5|u19-a191e-5); coutu7=u7tu8=u8tu9=u9n;coutu12=u12tu13=u13ttu14=u14n; coutu17=u17tu18=u18tu19=u19n;cout迭代次数N=Nn;5、 求解结果6、 实验总结 通过工程电磁场这门课的学习，掌握了二维静电场边值问题的分析，但是对有限差分法的掌握还不够深入，所以这次实验还是有点难度的。本次实验，编写C+程序即可，源程序的编写是在参照了许多资料完成的。通过本次实验。对有线差分法和超松弛迭代法有了进一步的了解。实验二 螺线管电磁阀静磁场分析1、 实验要求 建立螺线管电磁阀模型后，对其静磁场进行求解分析，观察收敛情况，画各种收敛数据关系曲线，观察统计信息；分析Core 受的磁场力，画磁通量等势线，分析Plugnut 的材料磁饱和度,画出其BH 曲线。作出实验报告，结合理论分析与计算机求解结果进行比较，验证正确性。2、 所做螺线管结构图三、自适应求解的结果由图知，自适应求解的结果收敛，经过9步完成收敛3、 各种收敛数据关系曲线和统计信息1、 三角单元与收敛次数关系2、总能量与收敛次数关系3、能量误差百分比与收敛次数关系4、磁场力一收敛次数关系5、 统计信息5、 core 所受磁场力的结果 由下图可得到自适应求解后的最终磁场力，其大小为118.389N，作用在Core,方向沿着Z轴的负半轴。6、 磁通等势线七、Plugnut 的BH 曲线8、 实验总结 本次实验练习了在MAXWELL 2D 环境下建立磁场模型，并求解分析磁场的分布，深入地认识螺线管静磁场的分布。通过建立磁场模型，熟悉了MAXWELL 2D的使用，整个实验过程比较顺利、完成了实验任务要求的内容，对课程的学习有了很大的帮助作用。实验三 叠片钢涡流损耗分析1、 实验内容与要求1、 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H A m Z = 397.77 / ，即B T 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，左边界和下边界。分析不同频率下的涡流。2、 实验要求 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。2、 不同频率下的叠片钢磁场分布图f=1hz:f=60hz:f=360hz:f=1khz:f=2khz:f=10khz:3、 不同频率下的最低磁通密度和涡流损耗及与理论计算结果比较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：式中，V为叠片体积；t为叠片厚度；B为峰值磁通密度；为叠片电导率；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： 按照此公式计算的各个频率下的涡流损耗如下表：F(Hz)Bmin(T)P（W）10.99971.9605e-006600.99937.0578e-0033600.98812.5408e-0011k0.91921.9605e+0002k0.75857.8420e+0005k0.41244.9012e+00110k0.19961.9605e+002 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 射频工程师使用的损耗计算公式不同于电气工程师，其原因在于射频工程师遇到的频率往往较高。射频工程师使用的公式是假定金属的深度远小于金属厚底情况下得到的，其计算公式为： 式中，S为叠片表面积；Ht为磁场强度切线分量；为叠片相对磁导率；为叠片电导率；为外加磁场角频率；Rs为单位表面积叠片的阻抗；为趋肤深度。 公式的使用条件为频率大于等于10khz，趋肤深度远远小于叠片厚度。当f=10khz，趋肤深度=m时，显然满足公式适用条件。单位表面积叠片的阻抗Rs=1/=6.1612。 这里要注意S的计算，叠片与磁场强度Ht相切的面有4个，所以表面积S=进而可得P=12.727W。 按照此公式计算的各个频率下的涡流损耗如下表：F(Hz)Bmin(T)P（W）2k0.75855.69185k0.41249.000010k0.199612.727 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。4、 实验总结 本次实验室在实验二练习使用MAXWELL 2D 环境下建立磁场模型的基础上进行分析的。通过本次实验，认识了钢的涡流效应的损耗，以及减少涡流的方法