“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應用大賽優秀作品展示

本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。從本期起，我們將陸續為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。

作品名稱：有直流偏磁PWM波電壓勵磁磁心損耗的有限元仿真

作者：福州大學電氣工程與自動化學院 | 秦家正/汪晶慧/江盛凌

關鍵詞：磁心損耗、有限元仿真、有直流偏磁的PWM波電壓

作者說

Ansys Maxwell 有限元仿真軟件利用有限元分析求解已知邊界條件的泊松方程或者麥克斯韋方程獲得磁性元件的磁矢位分布，進而得到磁通密度分布，其可精確地獲得磁心內磁通密度分布。然而，其內部自帶的磁心損耗密度模型不足以支持現有功率變換器中磁性元件磁心損耗仿真計算。但是，結合有限元仿真軟件Maxwell 和PyAnsys 二次開發接口，給有直流偏磁PWM波電壓勵磁磁心損耗的精確仿真提供有力支持。并且有望實現更復雜的高低頻復合波勵磁磁心損耗的精確仿真計算。

功率變換器中磁性元件的勵磁波形

有直流偏磁高頻脈寬調制波（Pulse Width Modulation, PWM）電壓勵磁的磁心損耗精確計算是業內難點。本文基于磁性材料磁化特性和磁心損耗的準確測量和模型建立，利用有限元仿真軟件Ansys Maxwell 提出精確獲得磁心交流磁通密度和直流磁通密度分布的方法，進一步提出能精確計算有直流偏磁高頻PWM 波勵磁磁心損耗的仿真方案。利用提出的仿真方案分析計算標準磁環和EE 形磁心的磁心損耗，將仿真結果與實驗測量結果比較驗證精度。該方案為同材質不同形狀的異型磁心磁心損耗的精確計算提供理論依據。

挑戰/需求

功率變換器中磁性元件的磁心形狀

磁性元件的體積、損耗和重量在功率變換器中占比非常大。磁性元件磁心損耗精確量化是磁性元件優化設計和熱設計的必備條件。磁性元件的勵磁波形是有/無直流偏置PWM 波電壓，磁心形狀復雜多樣，磁心材料種類繁多。磁性元件磁心損耗的精確量化非常困難。

使用工具

Ansys Maxwell

最終成果

磁性元件的磁心損耗仿真結果

基于磁性材料標準磁環磁特性的精確測量，利用Maxwell 有限元仿真軟件提出直流磁通密度和交流磁通密度的仿真計算方法，實現磁性元件的交流磁通密度和直流磁通密度的有效解耦，最終提出有直流偏磁PWM 波勵磁磁心損耗的有限元計算方案。最后，利用提出的磁心損耗有限元仿真計算方案，預測同材質不同形狀磁性元件的磁心損耗，并利用直流功率法驗證計算精度。

參賽作品一覽

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