電磁力計算
關注創建者：日歷木心 創建時間：2021-08-03
電磁力計算的視頻教程
Maxwell電機磁密和電磁力的分析計算（三種方法，全網最全）
采用maxwell場計算器計算徑向/切向電磁力，首先介紹了計算氣隙磁密的三種方法，將三種方法的數據導出，查看數據的大小基本一致，然后采用電磁力波的計算公式進行計算電磁力波。
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電磁力計算的實例教程
多年來，對變壓器的電磁力進行了很多研究，但大多集中在正常和短路情況下，變壓器繞組無位移時的輻向和軸向電磁力。
過去，計算電力變壓器的力最常用的方法是解析法。近幾十年來，有限元法是計算電力變壓器繞組電磁力最常用的方法之一。
對變壓器器身部分的變形進行了多種研究，但變壓器繞組位移對電磁力的影響并沒有得到很好的重視。變壓器繞組中的位移會影響變壓器的工作，即電磁力增加，即使很小的位移也會對電力變壓器造成嚴重的損壞。電力變壓器電磁力的計算有許多分析方法。然而，無論是由于電力變壓器的運輸，還是由于變壓器中的其他機械故障，當變壓器繞組發生位移或變形時，解析技術是不合適的。
本文采用暫態分析和靜磁分析的方法，研究了變壓器繞組在正常和軸向位移狀態下的電磁力。
2.變壓器性能參數
本研究工作變壓器為25000 kVA三相變壓器，變壓器鐵芯采用M5晶粒取向硅鋼制造。變壓器的主要技術參數見表一。
表一、變壓器設計參數
變壓器鐵芯材料的磁化曲線和B-H曲線分別如圖1和圖2所示。
圖1 M5冷軋晶粒取向硅鋼片磁化曲線
圖2 硅鋼片B－H曲線
3.作用在變壓器繞組上的電磁力
變壓器繞組中產生的電磁力主要是電流密度與磁場密度相互作用的結果。這些力作用于變壓器的一次繞組和二次繞組上。這些電磁力在電力變壓器的正常工作條件下是相對較小的，電磁力的計算可采用式(1)。
f=J×B （1）
式中，f、J、B分別為力、電流密度、磁通密度。外部故障、繞組位移或短路情況會導致繞組中產生較高的電磁力。在較高電磁力條件下，必須充分考慮漏磁場的輻向分量和軸向分量以及電磁力。
施加在變壓器繞組上的電磁力有軸向力和輻向力兩種。軸向力是由于通過變壓器繞組的電流與漏磁通的輻向分量的相互作用而產生的。
展開 電機電磁噪聲產生的原因大多如下所述：氣隙中存在各次諧波磁場，它們除產生切向力矩外，還會相互作用產生徑向電磁拉力，這種徑向力是一種行波，特稱之為徑向電磁力密度諧波或者徑向電磁力波，電磁力波作用于定子鐵心，導致定子鐵心徑向振動，定子徑向振動引起周圍空氣振動，從而產生電磁噪聲。
當電磁力波的階次低、幅值高，定子或者定子鐵心中存在該電磁力波相同階次和頻率接近的固有模態，該電磁力波會引起定子或者定子鐵心共振，從而導致高的電磁噪聲。
解決電磁噪聲問題，首先要準確分析和計算電磁力波。通過修改電機結構參數，削弱或者消除引起電磁噪聲的電磁力波是設計低噪聲電機最有效的方法。
iEmSim中“電磁穩態(網絡路法)”可以快速計算電磁力及其諧波，電磁力顯示形式包括：空間圖、時空圖、頻域圖、曲線圖、云圖、柱狀圖、數據表格、理論解析式說明表單、結論表單、動畫等。
氣隙徑向磁力以圖形展現如圖1至圖8所示。
氣隙徑向力波以文表形式展現如圖9、圖10和圖11所示。圖9和圖10中一行數據代表一個氣隙磁力密度諧波，圖9中每個氣隙徑向力波均包含：階次、頻率、幅值、相角、轉向。圖10顯示的是每個徑向力波的階次解析式和頻率解析式。圖11顯示的每行數據代表氣隙徑向磁力密度諧波與氣隙徑向磁密諧波對的對應關系，B(n)代表磁密諧波，n為該磁密諧波在磁密諧波數據表格中的序號。通過如圖9、圖10和圖11所示的數據可以查找分析出電磁力波產生所對應的結構參數和運行工況條件，修改結構參數，比如定子槽數、轉子槽數等，可以削弱或者消除某些電磁力波。
iEmSim幫助文檔中對電機電磁振動噪聲分析基本準則有詳細總結和闡述。
展開 每天一帖吧,希望能堅持
由于我是專門研究低頻電磁場的，所以會針對一些問題發貼..
另外，最近準備投身于ANSYS高頻場計算，有志同道合的人可以一起研究...
今天發的帖子是理清ANSYS低頻電磁場中提供的計算力和力矩的幾種方法，并比較它們的區別。
是我自己從電磁場方面的書上摘抄下來...good
lorentz力和maxwell法能量法計算力和力矩.txt
因此，后續的研究工作一方面要注重減小電磁力的幅值，另一方面要避免一些電磁力的諧波分量出現在動力總成的固有頻率處。
2 模態分析
模態分析是對系統動力學特性參數進行參數辨識和估計的技術，是結構運動學的分析基礎。根據動力總成實際的邊界條件將3個懸置處約束后進行模態分析，為研究電機振動/噪聲提供力學分析依據。材料參數如表1所示。計算得到的振型及頻率如圖3所示。
表1 材料參數
圖3 模態振型
從圖3可以看出，減速器的加入使得系統的振型變得復雜，不再是典型的電機振型，而是既有單獨的電機振型，也有單獨的減速器振型，還有二者耦合的整體振型; 動力總成固有頻率分布密集，在電磁力
的諧波頻率附近都存在著多個固有頻率，會對系統振動噪聲特性產生影響。
3
振動特性分析
利用ANSYS有限元軟件建立該電機三維結構的有限元模型，再以時域瞬態電磁場分析得到的穩態電磁力作為激勵，進行電機結構的響應分析，得到在電磁力激勵下電機的振動特性。利用有限元法容易建立電機結構振動的運動微分方程為
(3)
式中: M、C、K分別為質量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣;分別為位移向量、速度向量和加速度向量;F為動載荷向量。
圖4為ANSYS Workbench中的分析模型和受力示意圖，將徑、切向電磁力分別加到定子齒上，觀察動力總成表面振動情況。
電機在實際工作時，動力總成懸置是固定在副車架上的，因此動力總成的電磁振動分析是在懸置零位移約束狀態、電機定子內表面受到一個旋轉激勵力的條件下計算得到的。
圖4 受力示意圖
在有無切向電磁力的作用下，計算得到在0Hz～5000Hz的頻率范圍內，動力總成結構的振動加速度，如圖5、圖6所示。
展開 01
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音圈對磁路作用力
眾所周知，磁場對通電音圈會產生洛倫茲力，從而使得音圈上下運動。但把音圈和磁路作為一個整體，磁路對音圈的洛倫茲力是內部力。所以音圈對磁路必然存在反作用力。也有固定音圈，磁路振動的做法，就是靈敏度夠嗆。
磁路（包括磁鋼和鐵件）受到的力是和音圈受力BLI大小相等，方向相反的 。音圈對磁路的力不是洛倫茲力，是磁路中極化電流產生的電磁力?？梢杂名溈怂鬼f張量積分，另外ansoft還可以用虛功法來求力。虛功力比張量積分求解精度高。
從我之前后臺收集到的答復來看，很多人還是有誤解的。
下面兩張圖是微信群中蔣元武博士分享的動鐵電磁力計算的方法。蔣元武快畢業了，歡迎各大公司搶。
02
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電磁力的計算方法
洛倫茲力
運動電荷或通電線圈在磁場中所受到的力稱為洛倫茲力。洛倫茲力計算公式只能計算體積力，就是大家熟悉的F=BL*I。其物理意義十分明顯，且計算十分方便。
麥克斯韋張量積分
麥克斯韋張量積分計算的是表面張力，需要做閉合積分面?？偟?em>力由面積分計算。2維計算時，曲面退化成曲線。張量積分對網格等要求較高。用張量來算好處在于可以求得表面應力分布。
2d軸對稱模型中計算公式
3d模型中計算公式
虛功力
虛功法，或者說虛位移法對體積力和面積力均可以計算。根據能量守恒原理，磁場中儲能的增加量則等于機械能與電能的總和。
我做了一個簡單的表格，匯總相關的磁場仿真軟件和電磁力計算方法。
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一套基于 MATLAB/Fortran 編寫的二維鍵基近場動力學（Bond-based Peridynamics）數值仿真代碼。程序采用經典的動態松弛算法（Dynamic Relaxation），將動力學方程轉化為解決準靜態問題的工具，模擬二維材料在單軸壓縮載荷下的響應及裂紋擴展過程。
準靜態模擬方案：利用動態松弛代碼，通過人為阻尼迭代，穩定求解準靜態單軸壓縮過程。
1.使用*DATABASE_BINARY_FSIFOR要比*DATABASE_FSI要好用點，兩個我用著是這樣的，而且還簡單，不用設置那么多要輸出的id啥的。
2.在使用*DATABASE_BINARY_FSIFOR時需要注意的是，需要在計算的時候增加一個命令來給fsi文件命名，如果沒有，就不會輸出這個后處理文件，如圖3所示
解決電磁噪聲問題，首先要準確分析和計算電磁力波。通過修改電機結構參數，削弱或者消除引起電磁噪聲的電磁力波是設計低噪聲電機最有效的方法。
iEmSim中“電磁穩態(網絡路法)”可以快速計算電磁力及其諧波，電磁力顯示形式包括：空間圖、時空圖、頻域圖、曲線圖、云圖、柱狀圖、數據表格、理論解析式說明表單、結論表單、動畫等。
功能特點：
電場、電流場和磁場的靜態、瞬態和時諧分析，通電導體的運動和場路耦合分析等分析類型；
電荷、電流、電壓、電路和外加電磁場等激勵；
懸浮電位、周期邊界、開放邊界和滑動邊界等邊界條件；
電容、電導、電感、損耗、電磁力等后處理計算功能。
感應電機（通常指異步電機）的電磁計算是電機設計中的一個重要環節，它涉及到電機的電機設計、制造、故障分析與診斷、科學研究與技術創新以及節能減排等方面都具有重要意義。以下內容以某感應電機為例介紹電磁計算的過程。
建模設置
1）幾何建模
建立三相感應電機2D仿真半模型。半模型中包括：定子、轉子、轉軸、雙層定子繞組和轉子導條，其中定子有24個定子槽，
開關磁阻電機電磁計算分析在電機設計、性能預測、降低成本、提高效率和可靠性以及智能化設計等方面都具有重要的必要性。因此，在開關磁阻電機的設計和開發過程中，進行電磁計算分析是不可或缺的一環。開關磁阻電機的電磁計算涉及多個方面，包括磁鏈、電感、電磁力、電磁轉矩等。
電磁計算分析能夠準確預測開關磁阻電機的各項性能參數，如轉矩、轉速、效率、功率因數等。這些性能參數是電機設計和選型的重要依據。通過電磁計算分析
基本功能點如下：
?電場、電流場和磁場的靜態、瞬態和時諧分析，通電導體的運動和場路耦合分析等分析類型；
電荷、電流、電壓、電路和外加電磁場等激勵；
懸浮電位、周期邊界、開放邊界和滑動邊界等邊界條件；
電容、電導、電感、損耗、電磁力等后處理計算功能。
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Comsol基于場路耦合的三相電力變壓器電磁場計算
關鍵詞：電力變壓器；電磁性能；場路耦合；有限元；數值計算
1. 基于有限元法三維場路耦合數學模型
1.1 基礎理論
電磁場理論的基礎是麥克斯韋方程組，它適用于所有宏觀電磁現象的描述，是工程電磁場問題的數學基礎。麥克斯韋方程組一共包含四個方程，如下方程所示，分別描述了安培定律、法拉第電磁感應定律、高斯電通定律和高斯磁通定律
幾何模型已由SOLIDWORKS建模，材料已在COMSOL中配置。 如下圖所示，幾何模型是一個圓柱形頭螺旋尾的三維結構(材料是柔性橡膠)，以及倆塊NdFeB永磁鐵。其中，倆塊磁鐵緊嵌在圓柱形頭部。
該三維結構置于背景磁場B0中，背景磁場大小和磁感應方向均不變。倆個磁體的磁極方向如藍色箭頭所示，由南極指向北極(已在COMSOL中配置)。在背景磁場作用下，倆個磁體受到磁轉矩作用
