工程电磁场实验报告

⼀、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MAXWELL 2D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。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。

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1 Hz=1Hz时叠⽚钢的磁场分布

图1 Hz=1KHz时叠⽚钢的磁场分布

由MAXWELL 2D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P

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

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；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

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MAXWELL 2D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

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MAXWELL 2D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。

MAXWELL 2D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MAXWELL 2D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。最后分析得出关于涡流损耗与频率，叠⽚钢厚度及电导率的关系。

最后借这个机会，感谢陈⽼师的严谨教学和课后的悉⼼指导。作为学⽣，通过短短两个⽉的学习，我不仅掌握了有关《⼯程电磁场》的知识，更感受到学习的快乐。