Maxwell鐵耗
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-04-23
Maxwell鐵耗的實例教程
先談一下什么情況下需要做鐵耗分析。對常規交流電機（同步或者異步電機），只有定子鐵心才會產生鐵耗，轉子鐵心是沒有鐵耗的，學過電機的人都明白的。因此，只需要對定子鐵心給出B-P曲線（也就是鐵損曲線）。注意，B-P曲線分為單頻和多頻兩種，能給出多頻損耗曲線最好，這樣maxwell算得準些。設置完鐵損曲線以后，還要記得在excitations/set core loss，對定子鐵心勾選才行。此時，不需要給定子和轉子鐵心再施加電導率，這是初學者容易忽視的問題。后處理中，通過result/create transient reports/core loss查看鐵耗隨時間變化曲線。
再談一下什么情況下需要做渦流損耗分析。對永磁電機，永磁體受空間高次諧波的影響，會在表面產生渦流損耗；對實心轉子電機，由于是大塊導體，因此渦流損耗占絕大部分。以上兩種情況需要考慮做渦流損耗分析。現以永磁電機為例，具體闡述。對永磁體設置電導率，然后對每個永磁體分別施加零電流激勵源，在excitations/set eddy effect，對永磁體勾選。注意，若只考慮永磁體的渦流損耗，而不考慮電機其他部分（定轉子鐵心）的渦流損耗，則只需要給永磁體賦予電導率值，其他部件不需要賦電導率，這是初學者容易搞錯的地方。簡而言之，只對需要考慮渦流損耗的部件，施加電導率，零電流激勵和set eddy effect。后處理中，通過results/create transient reports/retangular report/solid loss查看渦流損耗隨時間變化曲線。最后，再次強調一下，做渦流損耗分析，需要skin depth based refinement網格剖分才行。
以上方法，適用于Ansoft maxwell 13.0.0及以上版本，并適用于所有電機種類。
展開 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。
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考慮鐵耗的感應電機降階ROM模型
新功能：
能夠盡可能準確的建立感應電機ROM模型，并導入到Twin Builder進行精確的驅動系統仿真。
好處：
? 通過考慮鐵耗相關的感應電機降階模型，提高系統仿真的準確性。
電機損耗計算處理
●電機的損耗包括銅耗、鐵耗、機械損耗、其它損耗，可能還會有風阻損耗
●而ANSYS Maxwell軟件中計算電機損耗主要是銅耗與鐵耗，它們也是電機的主要損耗，占了大部分，其次磁鋼損耗也是計算之一，它也會影響電機的溫升，因此我們得掌握此三種損耗計算準確性的處理技巧
●因為電機的機械損耗及額外損耗無法計算，所以我們利用WB進行電機溫度計算往往需要修正
1.1 電機鐵芯損耗
高效電機電磁仿真設計進階培訓
簡介：
永磁電機電磁仿真分析與結果提取
電機斜極斜槽
繞組交流損耗計算
自動繞組分布設置
Datesets使用
永磁體退磁校核與溫度退磁
考慮沖片剪切對電機鐵耗的影響
UDO&Toolkit使用
參數化建模
TDM技術使用
同樣，輸入功率＝輸出＋機械損耗＋鐵耗＋銅耗＋附加損耗＋開關管損耗，可以從輸入曲線圖中得出，穩定之后的輸入功率平均值為 119.43 Ｗ。從而可計算出該電機的平均效率為 85 ％，是符合基本設計要求的。
樣機實驗數據與仿真數據對比
根據上述的設計，試制了一款樣機，給電機加 115 Ｖ的直流電壓，調速到 6000 ｒ/ min，用測功機測試。樣機與仿真的數據對比如表１所示。
而當電機負載轉矩不變即輸出功率不變時，不計輸入電壓和空載反電動勢E0變化引起的定子鐵耗和附加損耗的變化，則電磁功率也不變。當供電電壓不變時，為保證電磁功率不變，永磁體發生失磁故障后，E0將會減小，隨之而來的就是功角和電樞電流的增大，實際上，隨著電機不可逆失磁的產生，電機的鐵損和銅損都會增加，電機效率會明顯下降。
永磁體發生失磁有可能是局部的，也有可能是均勻的。
最新版Ansys Maxwell 2021 R2是2021年的第二個版本，該版本主要增強了以下幾點功能：斜極建模功能增強、3D瞬態場求解器支持非線性阻抗邊界、DDM(區域分解）自動設置算法功能增強、支持溫度相關的BH退磁曲線、支持單個物體的渦流損耗和鐵耗輸出、集成了用于無線充電仿真的3D Components模型庫、A-Phi 求解器功能增強、多物理場耦合功能增強 、新3D AC Conduction
最新版Ansys Maxwell 2021 R2是2021年的第二個版本，該版本主要增強了以下幾點功能：斜極建模功能增強、3D瞬態場求解器支持非線性阻抗邊界、DDM(區域分解）自動設置算法功能增強、支持溫度相關的BH退磁曲線、支持單個物體的渦流損耗和鐵耗輸出、集成了用于無線充電仿真的3D Components模型庫、A-Phi 求解器功能增強、多物理場耦合功能增強 、新3D
不同溫度下的退磁曲線
05、支持單個物體的 渦流損耗和鐵耗輸出
2021 R2版本支持單個物體的渦流損耗和鐵耗輸出，用戶可以更加方便精準的查看到某一部件或某一物體的損耗結果，為進一步對其優化設計提供了參考
定轉子鐵耗分離
新版本中ACT新增定子和轉子鐵損分離的功能。當使用該功能時軟件分別識別定子和轉子中需要計算鐵心損耗的部件，并最終輸出兩張Map圖，分別顯示定子和轉子鐵心損耗。
顯然，定子電流在高速段超過低速段，這不是電機工作的理想情況，會提高電驅系統的最大伏安容量，降低系統的功率密度；另外，高速時因為電機鐵耗越來越高，再加上不斷增大的銅耗會導致高速段效率嚴重下降，從圖5的電機效率map可以直觀地看出電機高效區域面積很小。
