Maxwell 铁耗计算和涡流损耗

Maxwell help文件
为Maxwell2D/3D的瞬态求解设置铁芯损耗
一、铁损定义（core loss definition）
铁损的计算属性定义（Calculating Properties for Core Loss(BP Curve)
要提取损耗特征的外特性（BP曲线），先在View/EditMaterial对话框中设置损耗类型（Core Loss Type）是硅钢片（Electrical Steel）还是铁氧体（Power Ferrite）。

以设置硅钢片为例。

1、点击Tools>Edit Configured Libraries>Materials.
或者，在左侧project的窗口中，往下拉会有一个文件夹名为definitions，点开加号，有个materials文件夹，右击，选择Edit All Libraries.，“Edit Libraries”对话框就会出现。

2、点击Add Material，“View/Edit Material”对话框会出现。

3、在“Core Loss Type”行，有个“Value”的框，单击，会弹出下拉菜单，可以拉下选择是硅钢片（Electrical Steel）还是铁氧体（Power Ferrite）。

其他的参数出现在“Core Loss Type”行的下面，例如硅钢片的Kh,Kc,Ke,and Kdc，功率铁氧体的Cm,X,Y,and Kdc。

如果是硅钢片，对话框底部的“Calculate Properties for”下拉菜单也是可以使用的，通过它可以从外部引入制造厂商提供的铁损曲线等数据（Kh,Kc,Ke,and Kdc）确定损耗系数（Core Loss Coefficient）。

4、如果你选择的是硅钢片，按如下操作：
①从对话框底部的“Calculate Properties for”下拉菜单中选择损耗系数的确定方法（永磁铁permanent magnet、单一频率的铁损core loss at one frequency、多频率的铁损core loss versus frequency）,然后会蹦出BP曲线对话框。

单一频率的损耗：点击图表上面的“Import from file.”可以直接导入BP曲线数据文件，但要“*。

Tab”格式文件。

如果纵横轴错了，可以点击“Swap X-Y Data”按钮，调换B轴和P 轴的数据，但是B轴和P轴的方向不变。

或者直接在左侧的表格中填入对应的B值和P值，行不够了可以点击“Add Row Above”按钮，和“add row below”分别从上面和下面添加行，“append rows”是一口气加好几行，或者删除行“delete rows”。

表下面的“frequency”表示当前的BP曲线是在什么频率下的性能。

“Thickness”表示硅钢片的厚度，“conductivity”是电导率。

点击“OK”确定。

多频率的损耗：打开对话框后左下方有个“Edit”窗口，是添加要设定BP曲线的频率的。

分别加上几个频率，如1Hz和2Hz。

每填写一个赫兹点一下“Add”按钮，就会把频率添加到上面的表格中。

在相应的频率后面有“Edit dataset”按钮，点击可进入BP曲线编辑页面。

与单一的相同，可以导入文件或者自己填写BP曲线数据。

填完点击“OK”按钮。

右侧的图中就会出现设定的BP曲线。

在图标下面选择“select frequency”显示单一的左侧亮蓝色的频率下的BP曲线，选择“All frequencies”显示所有频率下的BP曲线。

选择“original curve”则BP曲线的第一个点需要从0开始。

选择“Regression Curve”则，图中不仅显示设定的BP曲线，还会附加一条BP值的增长趋势曲线。

②确定BP曲线
③在“Core Loss Unit”对话框里选择BP曲线的单位
④输入频率Frequency、硅钢片质量密度Mass Density、导电率Conductivity、厚度Thickness 的值和单位。

Kh——滞后系数（Hysteresis Coefficient）
Kc——经典涡流系数（Classical Eddy Coefficient）
Ke——过量系数（Excess Coefficient）
Kdc——考虑直流偏磁效应的系数
validate material——使材料生效
5、如果你选择功率铁氧体，按如下操作：
填写Cm,X,Y,and Kdc的值，或者如上所述，从文件中导入或者自己填写数据。

6、在“Edit material”对话框中，在质量密度（Mass density）下面的一行，有“Composition”构成。

在value列可选择solid（固体）Lamination（薄板、叠片）。

如果选择Lamination，下面会增加两行stacking factor（占空系数、堆叠系数）、stacking direction（堆叠方向）。

7、点击“OK”，确定，然后会自动退出编辑页面。

注：硅钢片的铁损系数计算（Core Loss Coefficients for Electrical Steel）
在正弦磁通下，在频率范围内的铁损按如下公式计算：
当磁通密度中有直流分量时，按如下公式修改：
Bm——交流磁通分量的幅值（amplitude of the AC flux component）
f——频率
Kh——磁滞铁芯损耗系数（amplitude of the AC flux component）
Kc——涡流铁芯损耗系数（the eddy-current core loss coefficient）
Ke——过量的铁芯损耗系数（excess core loss coefficient）
Cdc按下式计算：
Bdc——直流磁通分量（DC flux component）
Kdc——考虑直流偏磁效应的系数（coefficient considering the DC flux bias effects）
铁损系数的提取（Core Loss Coefficient Extraction）
Kh,Kc,and Ke的算法原则总结如下：
无直流偏磁的铁心损耗如下计算：
其中：；
经典涡流损耗系数（classical eddy-current loss coefficient）按如下计算：
其中，σ是导电率，d是一片硅钢片的厚度，获得K1K2的最小二次型方程
其中，P vi,B mi是已测量的损耗特性曲线的第i个点，另外两个损耗特性按如下公式计算:
其中，f0是损耗曲线（Loss Curve.）的测试频率。

二、点击Maxwell>Excitations>Set Core Loss.
1、“Set Core Loss”对话框会出现，也可以在左侧的project框中右击“Excitations”，然后在展开的菜单中选择“Set Core Loss”，或者右击画图的区域，然后选择“Assign Excitation>Set Core Loss”。

2、在这个对话框中，“Core Loss Setting”列打钩，可以选择对哪些器件进行铁损计算。

“Defined in Material”列表示哪些项目含有铁损。

3、如果有特殊名字的器件要加入计算铁损序列，点击“Select Object By Name”按钮，在弹出的对话框里输入名字。

4、也可以点击“Deselect All”按钮来取消所有器件的选择。

5、在“Advanced”页面，可以勾选“Consider core loss effect on field”，点击这个按钮后，软件会估计铁损，并改变场计算，在瞬态场计算中加入铁损效应导致的影响结果。

这个功能借着延长计算时间，从而提高高铁损材料的瞬态场计算的准确性。

并且损耗计算是在场计算之后再计算的。

6、点击“OK”。

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新浪博客：
关于Ansoft maxwell中电机铁耗和涡流损耗计算的说明
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考虑到最近很多人在问这个问题，因此专门整理出来，供新手参考。

先谈一下什么情况下需要做铁耗分析。

对常规交流电机（同步或者异步电机），只有定子铁心才会产生铁耗，转子铁心是没有铁耗的，学过电机的人都明白的。

因此，只需要对定子铁心给出B-P曲线（也就是铁损曲线）。

注意，B-P曲线分为单频和多频两种，能给出多频损耗曲线最好，这样maxwell算得准些。

设置完铁损曲线以后，还要记得在excitations/set core loss，对定子铁心勾选才行。

此时，不需要给定子和转子铁心再施加电导率，这是初学者容易忽视的问题。

后处理中，通过result/create transient reports/core loss查看铁耗随时间变化曲线。

再谈一下什么情况下需要做涡流损耗分析。

对永磁电机，永磁体受空间高次谐波的影响，会在表面产生涡流损耗；对实心转子电机，由于是大块导体，因此涡流损耗占绝大部分。

以上两种情况需要考虑做涡流损耗分析。

现以永磁电机为例，具体阐述。

对永磁体设置电导率，然后对每个永磁体分别施加零电流激励源，在excitations/set eddy effect，对永磁体勾选。

注意，若只考虑永磁体的涡流损耗，而不考虑电机其他部分（定转子铁心）的涡流损耗，则只需要给永磁体赋予电导率值，其他部件不需要赋电导率，这是初学者容易搞错的地方。

简而言之，只对需要考虑涡流损耗的部件，施加电导率，零电流激励和set eddy effect。

后处理中，通过results/create transient reports/retangular report/solid loss查看涡流损耗随时间变化曲线。

最后，再次强调一下，做涡流损耗分析，需要skin depth based refinement网格剖分才行。

以上方法，适用于Ansoft maxwell13.0.0及以上版本，并适用于所有电机种类。

请问在计算永磁体涡流损耗的时候，为什么需要给永磁体施加零电流激励，还有，这个激励在软件里面怎么设置呢，是先选中该永磁体，之后assign Excitation，之后Current Excitation，Type选择Solid，是这样么？然后是每个永磁体单独设置？
施加零电流激励，是为了给涡流指定回路。

单独，一起设置都可以，是solid。

设置零电流激励，是给永磁体，与线圈的激励没有关系，线圈该怎么设置还怎么设置
关于Ansoft maxwell中铜耗计算的说明
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上一篇博客讲完了铁耗及涡流损耗的计算方法，现就铜耗问题，阐述如下。

铜耗分为2部分，一是主动导体产生的，比如异步和同步电机定子绕组；二是被动导体产生的，比如鼠龙式异步电机转子导条。

主动导体一般是多股绞线（也就是stranded），被动导体一般是大块导体（solid）。

它们分别对应stranded loss(R)和solid loss。

主动导体损耗：需要设置导体为stranded，并施加电压源，电流源或外电路。

当施加的是电压源时，并且给定电机相电阻和端部漏电感（此处针对二维模型）值，则后处理中results/create transient report/retangular report/stranded loss R就是主动导体的损耗，比如异步或同步电机的定子铜耗。

当施加的是电流源，外电路中的电压源或电流源时，后处理中results/create transient report/retangular report/stranded loss就是主动导体的损耗。

建议选用电压源方法计算铜耗，因为电阻值是由用户指定的，而不是软件根据截面积和长度自动计算出来的，这样可以算得比较准确。

被动导体损耗：只需要给定被动导体的电导率，并且set eddy effect，则后处理中solidloss 即是被动导体的损耗，比如鼠龙式异步电机转子导条。

这有点类似于涡流损耗的计算方法，因为涡流损耗和被动导体损耗，都是在非零电导率的导体上产生的。

以上方法，基于Ansoft maxwell13.0.0及以上版本，并且适用于任何电机。

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Power loss：这个名词，出现在11及之前的版本。

指的是感应电流对应的铜耗。

比如鼠笼式异步电机转子导条铜耗，永磁体涡流损耗等。

在12及更高版本中，该名词已更名为Solidloss。

Solidloss：如上解释，出现在12及更高版本中，指的是大块导体中感应电流产生的铜耗。

Coreloss：铁耗。

指的是根据硅钢片厂商提供的损耗曲线，求得的铁耗。

Ohmic_loss：感应电流产生的损耗的密度分布。

也就是Powerloss或Solidloss的密度。

Stranded Loss R：电压源（非外电路中的）对应的绞线铜耗。

Stranded Loss：电流源，外电路中的电压源或电流源，对应的绞线铜耗。

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