如何使用ansoft模拟计算变压器的铁芯损耗

如何使用ansoft模拟计算变压器的铁芯损耗

先假定不存在铁心损耗，计算稳态下的磁场分布；

根据铁心损耗的公式（这个一般变压器或电机的教材上都有，通常只考虑磁滞损耗和涡流损耗），由磁感应强度幅值和频率计算每个铁心单元内的铁耗；求和后即可得到总的铁耗。

　 ansoft maxwell是一款电磁场分析软体的软体。

基本资讯

中文名称：ansoft maxwell

外文名称：ansoft maxwell

英文名: ansoft maxwell

别名: ansoft maxwell EM

版本: V10

发行时间: 2003年

制作发行: ANSOFT

变压器的铁芯

此种铁芯非常节能,我也只见过一次,几乎接近零损耗,铁芯安装可不是件容易的事哦,

如何初选变压器的铁芯直径

去查电工手册。介绍得很详细，有点基础就可以看懂。 先确定变压器的功率，再查出铁心的截面积，再选什么型号的铁芯和叠厚，再根据视窗大小来确定初级每伏匝数和线径，再计算出次级每伏匝数和线径。

小型变压器的铁芯面积怎样计算

E型绕线圈的部分截面面积，R，O型直接算截面积，我好像没见过其它变压器~

变压器的铁芯是变压器的什么部分

变压器的铁芯是变压器的磁路部分。详细说明：

铁芯是变压器最基本的组成部件之一，是变压器的磁路部分，变压器的一、二次绕组都在铁芯上，为提高磁路导磁系数和降低铁芯内涡流损耗，铁芯通常用0.35毫米，表面绝缘的矽钢片制成。铁芯分铁芯柱和铁轭两部分，铁芯柱上套绕组，铁轭将铁芯连线起来，使之形成闭合磁路。

为防止执行中变压器铁芯、夹件、压圈等金属部件感应悬浮电位过高而造成放电，这些部件均需单点接地。为了方便试验和故障查询，大型变压器一般将铁芯和夹件分别通过两个套管引出接地。

铁芯是变压器中主要的磁路部分。通常由含矽量较高，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧矽钢片叠装而成。铁芯和绕在其上的线圈组成完整的电磁感应系统。电源变压器传输功率的大小，取决于铁芯的材料和横截面积。

变压器的铁心为铁芯柱和横片两部分，铁芯柱套有绕组；横片是闭合磁路之用。铁芯结构的基本形式有心式和壳式两种。铁芯是变压器中主要的磁路部分。通常由含矽量较高，厚度分别为0.35 mm\0.3mm\0.27 mm，由表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧矽钢片叠装而成。

变压器的铁芯是变压器的磁路部分

变压器是根据电磁感应原理制成的，变压器铁芯主要起导磁作用，只有导磁后，才能进行磁电转换

变压器铁心由矽钢片组成，为了降低铁心中的发热损耗，铁心由厚度为0.23—0.5mm的矽钢片叠装而成。变压器:tjgg../用的矽钢片的含矽量比较高。矽钢片的两面均涂以绝缘漆，这样可以是叠装在一起的矽钢片相互之间绝缘，绝缘漆的厚度只有几个微米。

变压器的铁芯是由不同形状的矽钢片叠压而成的，从铁芯正面看横的部分叫铁轭，竖直部分叫铁芯柱。变压器的绕组都是套在铁心柱上的，同相的高低压两个绕组套在同一个铁心柱上，低压绕组在里面，高压绕组在外面。

磁性元件中的磁芯损耗有着十分重要的实际工程意义。尤其在高频工况下，磁性元件的损耗占整机损耗的比重较大。一般厂家在产品的手册中也会给出磁芯损耗曲线。磁芯损耗也有相对应的理论公式，有些磁芯材料厂家会在产品手册中给出相关的参数，而有些厂家则没有提供，这时候就需要用户根据磁芯损耗曲线来进行曲线拟合从而得到参数。而磁芯损耗也是电磁仿真中常遇到的问题，尤其是在电磁分析的结果后处理中，常用到磁性损耗的参数。

磁芯损耗与磁性材料特性和工作频率等密切相关。同时磁芯损耗也和温度密切相关，在不同温度下也有成熟的磁芯损耗的计算方法，本文着重与磁芯损耗公式的参数拟合，关于温度对损耗的影响会在以后的文章中描述。

磁性损耗曲线拟合的理论与数值方法

常见的磁芯损耗曲线控制方程有经典法，Steinmetz 法，以及各种修正的Steinmetz 法等等。本文就以经典法和Steinmetz 法为主介绍理论与数值方法，其他模型也是非常相似的。

（1）经典理论公式

在不考虑直流通量偏移的情况下，经典的铁芯损耗表达式为

其中，Bm是交流通量的幅值，f是频率，Kh是磁滞损耗参数，Kc是涡流损耗参数，Ke是剩余损耗参数。磁滞损耗(Ph)是磁性材料在磁化过程中，磁畴要克服磁畴壁的摩擦而损失的能量，这部分损失最终使磁芯发热而消耗掉。单位体积磁芯损耗的能量正比于磁滞回线包围的面积。每磁化一个周期，就要损耗与磁滞回线包围面积成正比的能量，所以一般磁滞曲线面积越小，磁滞损耗就越小；频率越高，损耗功率越大。涡流损耗(Pc)是因磁芯材料的电阻率不是无限大，有一定的电阻值，在高频时还是会由于激磁磁场在磁芯中产生涡流而导致损耗。剩余损耗(Pe)是由于磁化弛豫效应或磁性滞后效应引起的损耗。所谓弛豫是指在磁化或反磁化的过程中，磁化状态并不是随磁化强度的变化而立即变化到它的最终状态，而是需要一个过程，这个‘时间效应’便是引起剩余损耗的原因。

对于输入的P-B材料参数，只要对其二次项形式求函数最小化，即可得到曲线的参数Kf, Kc,和Ke。

其中m是损耗曲线的条数，ni是每条曲线的数据点个数。而pij是多频率损耗曲线对应数据。

（2）Steinmetz模型

虽然经典理论方法给出了合理的磁性损耗解释，但实际工程上对于一些磁体并不易于使用。德裔数学家同时也是电气工程师的Steinmetz 早在100多年前总结出了一个适用于工程计算磁芯损耗的经验公式。表达如下：

其中pv是平均损耗功率密度，f是激励频率，Bm是磁通量密度峰值。这个公式表明单位体积的损耗Pv 是重复磁化频率和磁通密度的指数函数。Cm ，x和y 是经验参数，两个指数都可以不为整数，一般的1<x<3 和 2<y<3。对于不同的材质，生产厂家一般会给出其相应的一套参数。此公式常用来表达正弦激励下的磁化的状况，不会用于方波等其他非正弦磁激励。Steinmetz 模型已被证明是有用的计算磁芯损耗工具，该公式只有三个参数。对于正弦磁通波形，用该式进行磁芯损耗计算可以得到较高的精度和应用上的便利。

为了节约计算资源，可以将上式用对数方法线性化，得到如下形式：

其中c=log(Cm)。

最小化其二次项形式，可以计算得到其参数c，x，和y。

实际参数Cm可以通过对数关系Cm=10^c得到。

关于函数最小化的具体数值算法涉及内容较多，我们会在以后的文章中介绍到。

磁芯损耗参数拟合方法与步骤

下面来介绍如何通过使用MatEditor来进行磁芯损耗的参数拟合。MatEditor是一款免费的工程材料数据编辑软件。有限元分析软件WelSim中也含有相同模块。

1. 添加P-B Test Data材料属性，并在表格中输入参数，这些数据往往是来自于磁性产品的生产厂家手册中。也可以通过读取文本或者Excel表格文件来输入材料参数。输入完毕后，点击每行频率，曲线窗口会显示相关P-B关系曲线。点击频率首栏，会显示所有频率下的P-B曲线。

2. 添加Core Loss Model材料属性，在模型类型中设置Electrical Steel 或 Power Ferrite。

3. 右键点击Core Loss Model属性d出菜单，添加曲线拟合（Curve Fitting）子属性。

4. 添加曲线拟合子属性后，点击右键，从d出窗口中选择Solve Curve Fit求解曲线拟合。

5. 如果求解成功，计算所得的参数会自动显示在表格窗口。如图所示，

6. 右键点击曲线拟合属性，并选择将计算所得数值赋予磁芯损耗参数（Copy Calculated Values to Property）。

7.（可选）对于磁芯材料，我们也常需要显示在对数坐标下的曲线。点击对数坐标按钮，既可以显示。

本例以Power Ferrite模型为例，对于Electrical Steel模型的参数拟合步骤是相同的。

下面送上视频 *** 作，供大家参考。

ansoft中建立电机模型，选择瞬态场(transient)，绕组设置为电流源，电流为0(即空载状态)。

转速尽可能低，结合实际需求，一个齿槽转矩周期100个点为最好(网上教程说的是1deg_per_sec，我的一个模型是0.05deg_per_sec)。低转速是为了避免硅钢片涡流损耗，转速高了硅钢片涡流损耗太大，会导致仿出来的齿槽转矩平均值是负的。

如果可以的话设置多层气隙结构，就是气隙分成三到四层，比如定子内径100，转子外径99，可以画三个圆形空气包，外径分别为99.75、99.5和99.25，然后将99.5的空气包设置为band(运动部件)就可以，这样将空气分为多层可以增加求解精度。

然后空气的剖分精度选小一点，气隙长度1的话，空气部分剖分可以设置为0.25。

最后仿真，看torque曲线就是齿槽转矩。

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