1 前言

電機設計分析過程中，效率的準確計算一直是個值得探討的話題，效率計算不準確的主要原因是各個部件的損耗計算不準確。例如由于集膚效應及鄰近效應引起的交流銅耗、鐵耗的計算等，要想準確計算通常是需要深入研究的問題。本文從考慮電工鋼帶多次沖剪對硅鋼片材料鐵耗計算的影響的角度去分析鐵耗的計算。

2 考慮硅鋼加工因素的切邊邊緣鐵耗劣化系數的抽取

由于硅鋼每一次切割都會產生2條劣化邊緣(如圖1)，因此Maxwell 2019 R1新增抽取等效切邊深度“Extract Equiv. Cut Depth”功能(如圖2)。

圖1 硅鋼每一次切割都產生2條劣化邊緣

圖2 電工鋼材料屬性新增“Extract Equiv. Cut Depth”功能

為模擬硅鋼片多次剪切對鐵耗的影響，需要用戶輸入如圖3所示的B-P曲線；輸入不同切割邊的鐵耗測試曲線，抽取等效的劣化深度。

圖3 輸入不同切割次數時所對應的B-P曲線

3 不考慮切邊邊緣劣化系數的電機鐵耗計算

將Maxwell2D案例命名為“Without_Cut_Mesh”，然后在Maxwell電機的硅鋼材料庫中選中DW465_50這個牌號的材料，然后用CloneMaterial(s)這個菜單功能復制一個硅鋼材料，并將其命名為“DW465_50_without_edge_cut_mesh”，然后在該材料的屬性面板中將其“Equiv.Cut Depth”這一項設置為0，如圖4所示。

圖4 “DW465_50_without_edge_cut_mesh”材料設置界面

對“Without_Cut_Mesh”這個Maxwell 2D案例進行有限元計算，其鐵耗計算結果如圖5所示。

圖5 “01_Irms_176.8A_3000rpm_Without_Cut_Mesh”計算算例的鐵耗曲線

4  考慮切邊邊緣劣化系數的電機鐵耗計算

將Maxwell2D案例命名為“With_Cut_Mesh”，然后在Maxwell電機的硅鋼材料庫中選中DW465_50這個牌號的材料，然后用CloneMaterial(s)這個菜單功能復制一個硅鋼材料，并將其命名為“DW465_50_with_edge_cut_mesh”，然后在該材料的屬性面板中將其“Equiv.Cut Depth”這一項設置為1，將Composition設置為Lamination，設置合適的疊壓系數，疊壓方向設置為V(3)，表示z軸方向，如圖6所示。

圖6 “DW465_50_with_edge_cut_mesh”材料設置界面

考慮切邊邊緣劣化對鐵耗的影響時需對網格EdgeCut設置，如圖7所示，選擇繞組、磁鋼和鐵芯這些對象，然后右鍵選擇“AssignMesh Operations Options→ InsideSelection → EdgeCut”菜單，即會彈出如圖8所示的Edge Cut網格設置界面，將Layer Thickness設置為0.2mm。

圖7 “Edge Cut”mesh菜單

圖8  “Edge Cut”mesh設置界面

對于“With_Cut_Mesh”這個Maxwell 2D案例進行有限元計算，其鐵耗計算結果如圖9所示。

圖9 “With_Cut_Mesh”計算算例的鐵耗曲線

5 兩種計算狀態的鐵耗計算結果對比

不考慮切邊影響及考慮切邊影響的網格細節對比結果分別如圖10、圖11所示。

圖10  不考慮切邊影響網格細節

圖11  考慮切邊影響網格細節

考慮切邊影響前(紅色)后(綠色)鐵耗曲線對比結果如圖12所示。

圖12  考慮切邊影響前(紅色)后(綠色)鐵耗曲線對比結果

從結果上看，考慮了切邊影響后，鐵耗高于不考慮切邊影響的情況。

6 總結

通過考慮電工鋼帶多次沖剪對硅鋼片材料鐵耗計算的影響，可以得到更加精確的鐵耗計算結果，對于提高電機效率的計算具有重要意義。