工程电磁场实验报告.doc

工程电磁场实验报告姓名： 学号： 联系方式： 指导老师： 实验一 螺线管电磁阀静磁场分析一、实验目的以螺线管电磁阀静磁场分析为例，练习在 MAXWELL 2D 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。二、主要步骤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MAXWELL 2D。b) 生成螺线管模型：使用 MAXWELL 2D 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。图1 元件材料图2 B-H曲线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Setup Solution Options 进入求解选项设定对话框，进行设置。三、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。通过工程实例的运行，掌握软件的基本使用方法。四、实验结果1.螺线管模型图32.自适应求解图4 收敛数据 3.三角单元与收敛次数关系图54.总能量与收敛次数关系图65.磁场能量百分比与收敛次数关系图76.磁场力与收敛次数关系图87.统计信息图98.所受磁场力图10大小为118.2N，方向为Core负方向。9.磁通等势线图1110.材料Plugnut的B-H曲线图12五、实验总结通过建立螺线管模型，熟悉了MAXWELL2D软件的使用方法，为以后的工程求解积累了经验。实验二 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、实验内容作用在磁钢表面的外磁场Hz=397.77A/m,即Bz=1T,要求：1）理论分析与计算机仿真：钢片的位置与磁场平行，在 50Hz、200Hz、5000Hz的情况下，已知钢片厚度为a=0.5mm,长度远大于a,=107S/m,=10000,分别从理论计算、计算机仿真两个方面进行磁感应强度分析。进行涡流损耗分析。2）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 8.12mm ，叠片钢的电导率为 2.08e6S/m，相 对磁导率为 2000，建立相应几何模型，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、实验数据及分析1.叠片钢的涡流仿真图象F=1HzF=60HzF=360HzF=1kHzF=2kHzF=5kHzF=10kHz2.数据分析与讨论（1）、低频时最低磁通密度和涡流损耗及与理论计算结果比较低频涡流损耗计算公式为： 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,B=h,=2000*4*10-7.Maxwell 2D所获得的功率损耗值是假定叠片钢在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 公式成立的条件是频率低于2kHz，趋肤深度远小于叠片厚度。由此计算各个频率下的涡流损耗，如下表所示：仿真数据F(Hz)Bmin(T)P(W)11.0001.89542e-6600.9996.81834e-33600.9712.38061e-11K0.8081.620662K0.4724.506725K-0.3069.5900310K-0.171120080计算结果F(Hz)Bmin(T)P(W)误差11.0001.9605e-63.32%600.9997.0578e-33.39%3600.9712.395e-10.6%1K0.8081.279626.6%2K0.4721.7466159%5K-0.3064.5882109%10K-0.1715.7312109%根据以上误差分析可知，当频率较低时，理论计算值与实验值符合得很好，而当频率较高时，理论与计算值相差很大，因此该公式只适用于低频时的涡流损耗。 2、高频时最低磁通密度和涡流损耗及与理论计算结果比较高频涡流损耗计算公式： 式中：S为叠片表面积；为磁场强度切线分量；为叠片电导率；为外加磁场角频率；为叠片相对磁导率；为单位表面积叠片的阻抗；d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、趋肤深度时，显然满足公式适用条件，单位表面积叠片的阻抗。这里要注意S的计算，叠片钢与磁场强度相切的面共有4个，故总的表面积。进而可得P=12.727W。为进行对比，利用高频公式计算2kHz、5kHz和10kHz的情况。F(Hz)P(实验)P(理论)误差2K4.506725.69120.8%5K9.590039.0116.4%10K12008012.7275.65%由以上分析可得，当频率越大时，用该公式计算的理论值与实验值吻合的程度越高，即计算越精确。对于10kHz以上吻合的也非常好，因此该公式适