关于Ansoft_maxwell中电机铁耗和涡流损耗计算的说明

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ANSOFT 瞬态场计算铁损耗的步骤

ANSOFT 瞬态场计算铁损耗的步骤

一、打开模型图界面,在界面上点击右键---选定Assign Excitation---选定Set Core Loss
二、在Set Core Loss 点击左键进入以下界面
在Stator 和Rotor 后面的Core Loss Setting 栏复选框点击出现如上图所示√,注意如果是系统定义的软磁材料后面的Defined in Material 栏下的小方框里会出现√这表示在定义材料特性时,已经将铁耗计算相关的系数已经定义,可以用于铁耗计算。

三、按照下图所示在Analysis 处Setup1 处点击右键弹出如下对话框,选中Analysis 点击开始计算
四、按下图所示在Results 处点击右键弹出如下对话框依次如图选中Create Transient
Report----Rectangular Plot 点击左键进入到第五步
五、经过第四步骤操作将弹出下面的对话框,在图中Gategory 选中Loss,然后选中Coreloss,选中项背景框如图变蓝,然后点击图中的New Report,这样就能在ANSOFT Results 中添加XY Plot 1 显示结果。

六、在ANSOFT Results 中添加XY Plot 1 观察铁耗结果
点击XY Plot 1 弹出铁耗图。

电机定转子铁耗、铜耗以及永磁体涡流损耗-概述说明以及解释

电机定转子铁耗、铜耗以及永磁体涡流损耗-概述说明以及解释

电机定转子铁耗、铜耗以及永磁体涡流损耗-概述说明以及解释1.引言1.1 概述:电机定转子铁耗、铜耗以及永磁体涡流损耗在电机运行中扮演着重要的角色。

这些损耗是电机运转过程中不可避免的,在一定程度上影响着电机的效率和性能。

电机定转子铁耗指的是电机铁芯在磁场变化中产生的磁滞损耗和涡流损耗,铜耗则是指电机中导电线圈内通电产生的电阻损耗,而永磁体涡流损耗则是永磁体在磁场中运转时产生的涡流损耗。

本文将重点探讨电机定转子铁耗、铜耗以及永磁体涡流损耗对电机性能的影响及其优化方法,为电机设计和运行提供理论指导和技术支持。

通过深入研究这些损耗机制,可以更好地理解电机能量转换过程中的能耗和效率问题,为推动电机技术的发展和提升电机性能做出贡献。

1.2 文章结构:本文将分为三个部分来探讨电机定转子铁耗、铜耗以及永磁体涡流损耗。

在第一部分引言中,将概述本文内容,介绍文章结构以及明确研究目的。

接下来的第二部分将详细讨论电机定转子铁耗、铜耗和永磁体涡流损耗的相关信息,分别进行深入分析。

最后在结论部分,将总结本文的主要观点,分析影响这些损耗的因素,并展望未来在减少电机损耗方面的研究方向。

通过这样的结构安排,我们希望能够全面、系统地探讨电机损耗问题,为相关领域的研究和实践提供一定的参考。

1.3 目的本文的目的是通过深入探讨电机定转子铁耗、铜耗以及永磁体涡流损耗的相关知识,揭示它们在电机运行中的重要性和影响因素。

通过对这些损耗的分析,我们可以更好地理解电机的运行机理,优化设计方案,提高电机的效率和性能。

同时,本文也旨在为相关领域的研究者和工程师提供有益的参考和指导,促进电机技术领域的发展和创新。

2.正文2.1 电机定转子铁耗电机定转子铁耗是电机运行过程中不可避免的损失,它主要包括磁滞损耗和涡流损耗两部分。

磁滞损耗是由于磁场的磁化和去磁过程中原子、分子在磁场中的定向运动导致的能量损耗,而涡流损耗则是由于磁场的变化引起导体中感应出的电流产生的能量损耗。

涡流损耗计算公式

涡流损耗计算公式

涡流损耗计算公式涡流损耗这玩意儿,在咱们物理学科里可有点小复杂,但别怕,咱们一起来把它弄明白!先来说说啥是涡流损耗。

想象一下,有个金属块放在变化的磁场中,就像一群调皮的孩子在游乐场里乱跑,电子们也在金属块里“撒欢”,形成了一圈圈的电流,这就是涡流。

而在这个过程中,能量就会有损失,这损失的部分就是涡流损耗。

那涡流损耗咋计算呢?这就得提到一个公式:$P_e =Kf^2B^2Vt^2$ 。

这里的$P_e$ 就是涡流损耗啦,$K$ 是与材料有关的常数,$f$ 是磁场变化的频率,$B$ 是磁感应强度,$V$ 是金属块的体积,$t$ 是金属的厚度。

为了让大家更好地理解,我给大家讲个我自己的经历。

有一次,我去一家工厂参观,看到工人们正在研究如何降低一个大型机器中的涡流损耗。

那台机器可壮观了,巨大的金属部件在不停地运转。

工程师们拿着各种数据和图纸,眉头紧皱,认真地讨论着。

我凑过去听了一会儿,发现他们就是在根据这个涡流损耗的计算公式,来调整机器的参数,比如改变磁场的频率,或者选用更合适的金属材料。

咱们回到公式啊。

这里面每个参数都有它的作用。

比如说频率$f$ ,频率越高,涡流损耗就越大。

就好像你跑步的速度越快,消耗的体力就越多。

磁感应强度$B$ 越大,涡流损耗也会跟着增加,这就像风刮得越猛,树枝摇晃得就越厉害。

金属块的体积$V$ 越大,损耗自然也就越多,就像一个大胖子跑起步来,消耗的能量肯定比瘦子多。

而金属的厚度$t$ 越小,涡流损耗会相对减少,这就好比一张薄纸比一本厚书更容易被穿透。

在实际应用中,涡流损耗的计算可重要了。

比如说在变压器里,如果不考虑涡流损耗,那变压器可能会发热过度,甚至出故障。

再比如在电磁炉中,要是不控制好涡流损耗,不仅浪费电,还可能影响烹饪效果。

总之,涡流损耗的计算公式虽然看起来有点复杂,但只要咱们理解了每个参数的含义和作用,再结合实际情况,就能很好地掌握它,为解决实际问题提供有力的帮助。

所以啊,同学们,好好掌握这个公式,说不定未来的某一天,你们就能用它来创造出更高效、更节能的设备,为科技进步贡献自己的力量呢!。

Maxwell铁耗计算

Maxwell铁耗计算

Maxwell help文件为Maxwell 2D/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。

Maxwell 铁耗计算和涡流损耗

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。

关于Ansoft maxwell中电机铁耗和涡流损耗计算的说明

关于Ansoft maxwell中电机铁耗和涡流损耗计算的说明

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/retangularreport/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 maxwell 13.0.0及以上版本,并适用于所有电机种类。

一、MAXWELL分析磁场时,电气设备或电气元件(无论是电机还是变压器)主要包括两个部分,一个是励磁线圈,另外一个是磁性材料。

Ansoft-maxwell_电机设计参考分析过程

Ansoft-maxwell_电机设计参考分析过程

参考分析过程一、电机采用RMxprt进行路的方法计算:1、输入数据:二、计算详细输出结果-数据部分Three-Phase Induction Motor DesignFile: d:/demo/machine/3phind-1.pjt/3phind-1.resGENERAL DATAGiven Output Power (kW): 16.5 Rated Voltage (V): 460 Winding Connection: Wye Number of Poles: 2 Given Speed (rpm): 3502 Frequency (Hz): 60 Stray Loss (W): 1276 Friction and Wind Loss (W): 700 Type of Load: Constant Speed Iron Core Length (mm): 241.3 Stacking Factor of Iron Core: 0.95 Type of Steel: D23 Operating Temperature (C): 75STATOR DATANumber of Stator Slots: 36 Outer Diameter of Stator (mm): 257.175Inner Diameter of Stator (mm): 140.335 Type of Stator Slot: 2 Dimension of Stator Sloths0_stator (mm): 1.4097 hs1_stator (mm): 1.651 hs2_stator (mm): 17.7292 bs0_stator (mm): 4.064 bs1_stator (mm): 7.8486 bs2_stator (mm): 10.9728 Top Tooth Width (mm): 4.93213 Bottom Tooth Width (mm): 4.90226 Number of Conductors per Slot: 12 Number of Parallel Branches: 1 Number of Wires per Conductor: 4.378 Type of Coils: 21 Coil Pitch: 16 Wire Diameter (mm): 1.45001 Wire Wrap Thickness (mm): 0.254 Slot Insulation Thickness (mm): 0.254 Top Free Space in Slot (%): 0 Bottom Free Space in Slot (%): 0 Conductor Length Adjustment (mm): 0ROTOR DATANumber of Rotor Slots: 28 Air Gap (mm): 1.1684 Inner Diameter of Rotor (mm): 47.625 Type of Rotor Slot: 3 Dimension of Rotor Slothr0_top (mm): 0.5461 hr01_top (mm): 0.5461 hr1_top (mm): 0.254 hr2_top (mm): 5.588 br0_top (mm): 0.254 br1_top (mm): 3.81 br2_top (mm): 4.064 rr_top (mm): 0 Type of Bottom Rotor Slot: 3 Dimension of Bottom Rotor Slothr0_bottom (mm): 0 hr1_bottom (mm): 0 hr2_bottom (mm): 11.176 br0_bottom (mm): 4.064 br1_bottom (mm): 7.62br2_bottom (mm): 5.08 rr_bottom (mm): 0 Cast Rotor: Yes Half Slot: No Skew Width: 0 End Length of Bar (mm): 0 Height of End Ring (mm): 20.701 Width of End Ring (mm): 32.4104 Resistivity of Rotor Barat 75 Centigrade (ohm.mm^2/m): 0.0434086 Resistivity of Rotor Ringat 75 Centigrade (ohm.mm^2/m): 0.0434086MATERIAL CONSUMPTIONArmature Copper Density (kg/m^3): 8900 Rotor Bar Material Density (kg/m^3): 2700 Rotor Ring Material Density (kg/m^3): 2700 Armature Core Steel Density (kg/m^3): 7800 Rotor Core Steel Density (kg/m^3): 7800Armature Copper Weight (kg): 1.62757 Rotor Bar Material Weight (kg): 1.70536 Rotor Ring Material Weight (kg): 1.32265 Armature Core Steel Weight (kg): 50.4387 Rotor Core Steel Weight (kg): 18.8777 Total Net Weight (kg): 73.972Armature Core Steel Consumption (kg): 93.3773 Rotor Core Steel Consumption (kg): 27.6565RATED-LOAD OPERATIONStator Resistance (ohm): 0.253089 Stator Leakage Reactance (ohm): 1.0228 Rotor Resistance (ohm): 0.287023 Rotor Leakage Reactance (ohm): 1.20946 Resistance Corresponding toIron-Core Loss (ohm): 782.242 Magnetizing Reactance (ohm): 45.0353Stator Phase Current (A): 25.1328 Current Corresponding toIron-Core Loss (A): 0.319865 Magnetizing Current (A): 5.55592Rotor Phase Current (A): 23.5764Copper Loss of Stator Winding (W): 479.595 Copper Loss of Rotor Winding (W): 478.621 Iron-Core Loss (W): 240.103 Friction & Wind Loss (W): 700 Stray Loss (W): 1276 Total Loss (W): 3174.32 Input Power (kW): 19.5777 Output Power (kW): 16.4034Mechanical Shaft Torque (N.m): 44.7289 Efficiency (%): 83.786 Power Factor: 0.913971 Rated Slip: 0.0272222 Rated Shaft Speed (rpm): 3502NO-LOAD OPERATIONNo-Load Stator Resistance (ohm): 0.253089 No-Load Stator Leakage Reactance (ohm): 1.02329 No-Load Rotor Resistance (ohm): 0.286993 No-Load Rotor Leakage Reactance (ohm): 8.04386No-Load Stator Phase Current (A): 5.92145 No-Load Iron-Core Loss (W): 257.943 No-Load Input Power (W): 2284.21 No-Load Power Factor: 0.213701 No-Load Slip: 0.00103014 No-Load Shaft Speed (rpm): 3596.29BREAK-DOWN OPERATIONBreak-Down Slip: 0.17 Break-Down Torque (N.m): 132.277 Break-Down Torque Ratio: 2.9573 Break-Down Phase Current (A): 101.661LOCKED-ROTOR OPERATIONLocked-Rotor Torque (N.m): 54.3284 Locked-Rotor Phase Current (A): 149.589 Locked-Rotor Torque Ratio: 1.21461 Locked-Rotor Current Ratio: 5.95195Locked-Rotor Stator Resistance (ohm): 0.253089 Locked-Rotor StatorLeakage Reactance (ohm): 1.01599 Locked-Rotor Rotor Resistance (ohm): 0.325616 Locked-Rotor RotorLeakage Reactance (ohm): 0.67378DETAILED DATA AT RATED OPERATIONStator Slot Leakage Reactance (ohm): 0.549208 Stator End-Winding LeakageReactance (ohm): 0.396411 Stator Differential LeakageReactance (ohm): 0.0771798 Rotor Slot Leakage Reactance (ohm): 0.943582 Rotor End-Winding LeakageReactance (ohm): 0.0526411 Rotor Differential LeakageReactance (ohm): 0.213249 Skewing Leakage Reactance (ohm): 0Slot Fill Factor (%): 78.4847 Stator Winding Factor: 0.941617Stator-Teeth Flux Density (Tesla): 1.06718 Rotor-Teeth Flux Density (Tesla): 0.642609 Lower-Part Rotor-TeethFlux Density (Tesla): 1.04649 Stator-Yoke Flux Density (Tesla): 0.891501 Rotor-Yoke Flux Density (Tesla): 0.696282 Air-Gap Flux Density (Tesla): 0.402755Stator-Teeth Ampere Turns (A.T): 9.59168 Rotor-Teeth Ampere Turns (A.T): 1.12198 Lower-Part Rotor-TeethAmpere Turns (A.T): 4.79376 Stator-Yoke Ampere Turns (A.T): 36.9241 Rotor-Yoke Ampere Turns (A.T): 5.52483 Air-Gap Ampere Turns (A.T): 450.687Correction Factor for MagneticCircuit Length of Stator Yoke: 0.7 Correction Factor for MagneticCircuit Length of Rotor Yoke: 0.567404 Saturation Factor for Teeth: 1.03441Saturation Factor for Teeth & Yoke: 1.1286 Induced-Voltage Factor: 0.942131Stator Current Density (A/mm^2): 3.47642 Specific Electric Loading (A/mm): 24.6268 Stator Thermal Load (A^2/mm^3): 85.6133Rotor Bar Current Density (A/mm^2): 3.66388 Rotor Ring Current Density (A/mm^2): 2.27977Half-Turn Length ofStator Winding (mm): 585.542WINDING ARRANGEMENTThe 3-phase, 2-layer winding can be arranged in 18 slots as below:AAAAAAZZZZZZBBBBBBAngle per slot (elec. degrees): 10 Phase-A axis (elec. degrees): 105 First slot center (elec. degrees): 0 TRANSIENT FEA INPUT DATAFor one phase of the Stator Winding:Number of Turns: 72 Parallel Branches: 1 Terminal Resistance (ohm): 0.253089 End Leakage Inductance (H): 0.00105151 For Rotor End Ring Between Two Bars of One Side:End Ring Resistance (ohm): 8.44E-07 End Ring Leakage Inductance (H): 1.78E-09 Skew Leakage Inductance (H): 0 2D Equivalent Value:Equivalent Air-Gap Length (mm): 241.3 Equivalent Stator Stacking Factor: 0.95 Equivalent Rotor Stacking Factor: 0.95 Estimated Rotor Inertial Moment (kg m^2): 0.0670109三、计算详细输出结果-图形与曲线部分自动根据最小对称条件生成有限元模型自定义绕组编辑器与绕组安放图自动生成的三维分析模型输入电流/速度曲线效率/转速曲线输出功率/转速曲线功率因数/转速曲线输出转矩/转速曲线合并特性曲线四、参数化设计和优化设计Ansoft 软件能够通过选择设计可以改变的量和优化目标,自动进行参数化设计和优化设计参数化设计实例(改变转子槽深(hr2)时起动电流(LC )和起动转矩(LT)的变化)五、场分析结果实例利用Ansoft二维和三维有限元电机设计分析和优化软件可以解决以下问题从结构到性能的有限元分析,包括z电磁场分析z冲片设计z温度场分析z性能计算z电机参数计算等基于参数的电机设计方案探索、比较电机静态和动态分析z稳态特性z加减速特性z突加突减负载z可编程负载特性电机参数计算等电机故障软件模拟分析-如导条断裂、绝缘击穿等异步电机,无刷电机等在变频器供电下(非正弦供电)下的特性分析电机驱动电路与有限元的耦合仿真在考虑材料非线性等情况下回答有关z转矩脉动z损耗z温升z转矩、转速特性z效率等问题并对其进行优化以下举几个典型实例的计算结果:首先编辑模型。

电机铁损耗计算公式

电机铁损耗计算公式

电机铁损耗计算公式引言:电机是现代工业中最常见的电动机械装置之一,广泛应用于各种领域。

在电机的运行过程中,铁心材料的铁损耗是不可忽视的。

了解电机铁损耗的计算公式,对于提高电机的效率和节能有着重要的意义。

本文将介绍电机铁损耗的计算公式及其相关内容。

一、什么是铁损耗?铁损耗是指电机铁心材料在磁化和去磁化过程中由于涡流和磁滞效应而产生的能量损耗。

铁损耗是电机运行中不可避免的能量损耗,会导致电机的效率降低。

二、电机铁损耗计算公式电机铁损耗可以通过以下公式进行计算:PFe = KFe × f × B^α × V^β其中,PFe表示电机的铁损耗(单位为瓦特),KFe表示铁损耗系数,f表示电机的频率(单位为赫兹),B表示电机的磁感应强度(单位为特斯拉),V表示电机的体积(单位为立方米),α和β为经验常数。

三、铁损耗系数KFe的确定铁损耗系数KFe是根据电机铁心材料的特性和工艺条件来确定的。

不同型号和材料的电机,其铁损耗系数KFe都不相同。

一般来说,铁损耗系数KFe越大,表示材料的铁损耗越大。

四、影响铁损耗的因素除了上述公式中的频率、磁感应强度和体积外,还有一些其他因素也会影响电机的铁损耗。

例如,电机的工作温度、材料的导磁率、电机的设计结构等都会对铁损耗产生影响。

五、如何降低铁损耗降低电机的铁损耗有助于提高电机的效率和节能。

以下是一些降低铁损耗的方法:1. 选择合适的铁心材料,如硅钢片等,具有较低的导磁损耗和涡流损耗。

2. 优化电机的设计结构,减少磁滞损耗和涡流损耗。

3. 控制电机的工作温度,避免过热导致铁损耗增加。

4. 提高电机的效率,减少能量的浪费。

六、案例分析以一台额定频率为50Hz的电机为例,其磁感应强度为1.5T,体积为0.5立方米,铁损耗系数为0.8。

根据上述公式,可以计算出该电机的铁损耗为:PFe = 0.8 × 50 × 1.5^α × 0.5^β七、结论电机铁损耗是电机运行中不可忽视的能量损耗。

永磁同步电机永磁体涡流损耗的二维有限元估算

永磁同步电机永磁体涡流损耗的二维有限元估算

永磁同步电机永磁体涡流损耗的二维有限元估算梁斯庄;沈建新【摘要】二维有限元方法具有计算速度快,精度高,结果收敛快并且波动小的优点.永磁同步电机,特别是高速和大功率电机的永磁体涡流损耗不可忽略,而永磁体允许温升有限,高温容易引起退磁.在电机设计时考虑永磁体的温升十分重要.本文采用二维有限元方法来估算三维条件下的永磁体涡流损耗,并提出一种估算的方法.以普瑞斯04电动汽车电机为例,仿真结果表明此方法实用有效.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2014(033)001【总页数】7页(P52-57,75)【关键词】涡流损耗;二维有限元;永磁体;几何尺寸比【作者】梁斯庄;沈建新【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM3511.1 三维有限元分析的计算量问题三维有限元仿真计算量很大,稍微复杂的模型,为了得到比较合理的结果,常常需要求解几十万乃至上百万阶的矩阵方程。

二维有限元仿真具有计算量小的优点。

例如求解Prius 04电动汽车的永磁同步电机,使用二维有限元仿真只需要5000左右的剖分单元就能得到满意的结果,而采用三维有限元仿真,则大约需要80万左右的剖分单元才能得到类似的精度。

1.2 永磁体涡流损耗的特点永磁同步电机(PMSM)的转子与定子磁场同步旋转,但是定子电流的时间谐波、定子磁动势的空间谐波以及定子齿槽造成的磁导变化均会在转子中引起变化的磁通[1],从而引起感应电势,这个感应电势可以在导体中产生涡流。

传统的铁氧体永磁体的导电性差,涡流很小,而钕铁硼永磁体导电性比较好,容易形成涡流[2]。

虽然永磁体中的涡流损耗相比电机的总损耗不大,但是转子的散热条件本身较差,而且有些电机的永磁体外部包有一层保护层,加剧了永磁体的散热问题,而钕铁硼永磁体的最大允许工作温度一般都比较低,过热时会退磁,文献[4]中就存在一个实例。

Ma well铁耗计算

Ma well铁耗计算

Maxwell help文件为Maxwell 2D/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。

电磁场软件MAXWELL使用说明

电磁场软件MAXWELL使用说明

Ansoft Maxwell 2D/3D 使用说明第1章Ansoft 主界面控制面板简介在Windows下安装好Ansoft软件的电磁场计算模块Maxwell之后,点击Windows的“开始”、“程序”项中的Ansoft、Maxwell Control Panel,可出现主界面控制面板(如下图所示),各选项的功能介绍如下。

1.1 ANSOFT介绍Ansoft公司的联系方式,产品列表和发行商。

1.2 PROJECTS创建一个新的工程或调出已存在的工程。

要计算一个新问题或调出过去计算过的问题应点击此项。

点击后出现工程控制面板,可以实现以下操作:●新建工程。

●运行已存在工程。

●移动,复制,删除,压缩,重命名,恢复工程。

●新建,删除,改变工程所在目录。

1.3 TRANSLATORS进行文件类型转换。

点击后进入转换控制面板,可实现:1.将AutoCAD格式的文件转换成Maxwell格式。

2.转换不同版本的Maxwell文件。

1.4 PRINT打印按钮,可以对Maxwell的窗口屏幕进行打印操作。

1.5 UTILITIES常用工具。

包括颜色设置、函数计算、材料参数列表等。

第2章二维(2D)模型计算的操作步骤2.1 创建新工程选择Mexwell Control Panel (Mexwell SV)启动Ansoft软件→点击PROJECTS 打开工程界面(如图2.1所示)→点击New进入新建工程面板(如图2.2所示)。

在新建工程面板中为工程命名(Name),选择求解模块类型(如Maxwell 2D, Maxwell 3D, Maxwell SV等)。

Maxwell SV为Student Version即学生版,它仅能计算二维场。

在这里我们选择Maxwell SV version 9来完成二维问题的计算。

图2.1 工程操作界面图2.2 新建工程界面2.2 选择求解问题的类型上一步结束后,建立了新工程(或调出了原有的工程),进入执行面板(Executive Commands)如图2.3所示。

涡流损耗 (2)

涡流损耗 (2)

涡流损耗1. 概述涡流损耗是电动机、变压器、发电机、磁性材料等电磁设备中常见的能量损耗方式之一。

当交变电流通过导体或磁性材料时,会产生涡流,这种涡流会导致能量的转化为热能,进而损耗。

本文将详细介绍涡流损耗的原理、计算公式以及降低涡流损耗的方法。

2. 涡流损耗的原理涡流损耗的发生基于两个物理现象:法拉第电磁感应定律和欧姆定律。

法拉第电磁感应定律表明,当导体或磁性材料中的磁场发生变化时,会在其中产生感应电流。

而欧姆定律告诉我们,电流通过导体时会遇到电阻,进而使电流转化为热量。

当交变电流通过导体或磁性材料时,由于电流方向的不断变化,导体中会产生相应方向变化的磁场,从而引发涡流。

涡流的大小与材料的电导率、频率和磁场强度有关。

涡流损耗的大小与涡流的强度和导体的电阻相关。

涡流越强,电阻越大,涡流损耗就越大。

3. 涡流损耗的计算公式涡流损耗通常通过以下公式进行计算:涡流损耗公式涡流损耗公式其中,•Pe 表示涡流损耗(单位为瓦特);•Ke 为常数,与材料的电导率和导体形状有关;• B 是磁感应强度(单位为特斯拉);• f 是交变电流的频率(单位为赫兹);•Vm 是导体的体积或磁性材料的体积(单位为立方米);•t 是涡流损耗的时间(单位为秒)。

通过上述公式,我们可以计算出特定条件下的涡流损耗。

4. 降低涡流损耗的方法降低涡流损耗有多种方法,以下是几种常见的方法:4.1. 选择合适的导体材料导体材料的电导率与涡流损耗密切相关。

选择电导率较大的导体材料,可以减小涡流损耗。

铜是一种常用的导体材料,其电导率较高,因此常被用于高频电磁设备中。

4.2. 减小交变电流频率涡流损耗与交变电流频率的平方成正比。

因此,降低交变电流的频率可以有效减小涡流损耗。

在设计电磁设备时,可以通过调整电路参数或采用更低频率的电源来实现。

4.3. 选择合适的导体形状导体形状对涡流损耗也有影响。

通常情况下,导体的横截面积越大,涡流损耗就越小。

因此,在设计电磁设备时,可以尽量选择横截面积较大的导体,以减小涡流损耗。

电磁场 软件MAXWELL使用说明

电磁场 软件MAXWELL使用说明

Ansoft Maxwell 2D/3D 使用说明第1章Ansoft 主界面控制面板简介在Windows下安装好Ansoft软件的电磁场计算模块Maxwell之后,点击Windows 的“开始”、“程序”项中的Ansoft、Maxwell Control Panel,可出现主界面控制面板(如下图所示),各选项的功能介绍如下。

1.1 ANSOFT介绍Ansoft公司的联系方式,产品列表和发行商。

1.2 PROJECTS创建一个新的工程或调出已存在的工程。

要计算一个新问题或调出过去计算过的问题应点击此项。

点击后出现工程控制面板,可以实现以下操作:●新建工程。

●运行已存在工程。

●移动,复制,删除,压缩,重命名,恢复工程。

●新建,删除,改变工程所在目录。

1.3 TRANSLATORS进行文件类型转换。

点击后进入转换控制面板,可实现:1.将AutoCAD格式的文件转换成Maxwell格式。

2.转换不同版本的Maxwell文件。

1.4 PRINT打印按钮,可以对Maxwell的窗口屏幕进行打印操作。

1.5 UTILITIES常用工具。

包括颜色设置、函数计算、材料参数列表等。

第2章二维(2D)模型计算的操作步骤2.1 创建新工程选择Mexwell Control Panel (Mexwell SV)启动Ansoft软件→点击PROJECTS打开工程界面(如图2.1所示)→点击New进入新建工程面板(如图2.2所示)。

在新建工程面板中为工程命名(Name),选择求解模块类型(如Maxwell 2D, Maxwell 3D, Maxwell SV等)。

Maxwell SV为Student Version即学生版,它仅能计算二维场。

在这里我们选择Maxwell SV version 9来完成二维问题的计算。

图2.1 工程操作界面图2.2 新建工程界面2.2 选择求解问题的类型上一步结束后,建立了新工程(或调出了原有的工程),进入执行面板(Executive Commands)如图2.3所示。

电机铁损耗计算公式

电机铁损耗计算公式

电机铁损耗计算公式电机铁损耗是指电机在工作过程中由于铁芯中存在磁滞和涡流现象而导致的能量损失。

铁损耗是电机损耗的主要组成部分之一,对电机的效率和性能有着重要影响。

因此,准确计算电机铁损耗是电机设计和运行中的关键问题之一。

电机铁损耗的计算公式主要有两种常用的方法:经验公式法和解析法。

经验公式法是基于经验总结和实验结果得出的一种计算电机铁损耗的近似方法。

根据经验公式法,电机铁损耗与电机的额定功率和额定电压相关,可以使用下面的公式进行计算:P_fe = K_fe * P_rated其中,P_fe表示电机的铁损耗,P_rated表示电机的额定功率,K_fe 是一个与电机类型和设计特点相关的经验系数。

解析法是基于电磁理论和电机工作原理,通过建立电机铁芯的数学模型来计算电机铁损耗的精确方法。

解析法需要考虑电机的具体结构和工作条件,并进行电磁场分析和磁化特性的计算。

根据解析法,电机铁损耗可以通过下面的公式计算:P_fe = ∫HdB其中,P_fe表示电机的铁损耗,H表示电机铁芯中的磁场强度,B 表示电机铁芯中的磁感应强度。

通过对电机铁芯的几何形状、材料特性和电机工作条件进行建模和计算,可以得到电机铁损耗的精确数值。

以上是计算电机铁损耗的两种常用方法,不同的方法适用于不同的电机类型和应用场景。

在实际工程中,可以根据具体情况选择合适的方法进行计算。

另外,还需要注意以下几点:1. 在使用经验公式法进行计算时,需要根据电机的类型和设计特点选择合适的经验系数,以提高计算结果的准确性。

2. 在使用解析法进行计算时,需要对电机的几何形状、材料特性和工作条件进行准确的建模和计算,以确保结果的可靠性。

3. 电机铁损耗的计算是电机设计和优化的重要环节,可以通过合理的设计和控制来降低铁损耗,提高电机的效率和性能。

4. 除了电机铁损耗,还需要考虑电机的其他损耗,如电阻损耗、机械损耗等,综合考虑各种损耗对电机性能的影响,以实现最优的设计和运行。

电机铁耗和涡流损耗在maxwe中的计算

电机铁耗和涡流损耗在maxwe中的计算

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 maxwell 13.0.0及以上版本,并适用于所有电机种类。

一、MAXWELL分析磁场时,电气设备或电气元件(无论是电机还是变压器)主要包括两个部分,一个是励磁线圈,另外一个是磁性材料。

涡流损耗公式

涡流损耗公式

涡流损耗公式
涡流损耗公式是工程领域中常用的一种计算方法,用于估算电机等设备中的涡流损耗。

涡流损耗是指电流在导体中流动时,由于阻抗不同而产生的能量损失。

这种损耗通常会导致设备发热,影响效率和寿命。

在电机等设备中,涡流损耗的大小与导体的几何形状、材料、电流频率等因素有关。

一般来说,涡流损耗和电流频率成正比,与导体厚度和电导率成反比。

涡流损耗公式可以用来计算涡流损耗的大小,其一般形式为:
P = K * f^2 * B^2 * t^2 * sigma
其中,P表示涡流损耗,K为常数,f为电流频率,B为磁感应强度,t为导体厚度,sigma为导体电导率。

涡流损耗公式可以根据具体的设备参数进行简化或修正,但其基本形式通常是相似的。

在工程设计和优化中,涡流损耗公式通常用于评估不同材料、结构和电流频率下的涡流损耗大小,以便选择适合的材料和设计参数,降低涡流损耗和提高设备效率。

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发电机铁损计算公式

发电机铁损计算公式

发电机铁损计算公式
发电机铁损是指在发电机中,由于磁通变化而导致铁芯中的涡流和磁滞现象所产生的损耗。

发电机的铁损是发电机效率降低的主要原因之一。

发电机铁损计算公式主要有两种,分别是磁滞损耗和涡流损耗的计算公式。

磁滞损耗的计算公式为:
Phv = K1fBm^n
其中,Phv为单位体积的铁芯磁滞损耗,K1、n为常数,f为频率,Bm为最大磁感应强度。

该公式适用于频率小于1kHz的发电机。

涡流损耗的计算公式为:
Pe = K2Bm^2f^2t^2δ
其中,Pe为单位体积的铁芯涡流损耗,K2为常数,Bm为最大磁感应强度,f为频率,t为铁芯厚度,δ为涡流损耗系数。

该公式适用于频率大于1kHz的发电机。

以上两种公式可以用于计算发电机的铁损,对于发电机的维护和设计具有重要意义。

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电机涡流损耗计算公式

电机涡流损耗计算公式

电机涡流损耗计算公式
电机涡流损耗计算公式是根据电机中涡流产生的功率损失而得
出的计算公式。

涡流损耗的大小取决于电机中的电流强度、电阻、电感等因素。

一般来说,涡流损耗越大,电机效率越低。

电机涡流损耗计算公式可以用于电机设计、电机参数优化等方面。

电机涡流损耗计算公式为:P = Kf × f^2 × B^2 ×δ^2 × V 其中,P为涡流损耗功率,单位为瓦特(W);Kf为涡流损耗常数;f为电机工作频率,单位为赫兹(Hz);B为电机磁通密度,单位为特斯拉(T);δ为电机导体厚度,单位为米(m);V为电机导体体积,单位为立方米(m^3)。

通过上述公式可以看出,涡流损耗与电机的频率、磁通密度、导体厚度和体积等因素有关。

因此,在电机设计和优化过程中,需要考虑这些因素,以使涡流损耗最小化,从而提高电机效率。

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Ansoft中文例-丰田普锐斯电机

Ansoft中文例-丰田普锐斯电机

Topic – Motor Application Note
减小 2D 模型的尺寸 (续)
1. 在坐标输入窗口 , 输入方体的位置 X: 0.0, Y: 0.0, Z: 0.0, 按 Enter 键输入
2. 在坐标输入窗口, 输入方体的相对尺寸 dX: 200.0, dY: 0.0, dZ: 0.0, 按 Enter 键输入
3. 左键单击 Enter两次 结束绘图
Ansoft Maxwell Field Simulator
创建电机的定子:
使用一个用户预先定义的模型(UDP)来创建定子。 选中菜单栏 Draw > User Defined Primitive > Syslib > Rmxprt > SlotCore 采用下表所列数据来创建电机的定子
Ansoft Maxwell Field Simulator
Topic – Motor Application Note
Ansoft Maxwell Field Simulator
分析内容概述:
Topic – Motor Application Note
一般步骤 创建3D模型 改变3D模型的尺寸 指定电机所用材料的属性 指定主/从边界条件
稳态分析
瞬态分析
齿槽转矩求解
Ansoft Maxwell Field Simulator
2. 选中菜单项 Tools > Options > Modeler Options. 3. 3D 模型选项窗口:
1. 左键单击 Operation 对话框 Automatically cover closed polylines: ; Checked
2. 左键单击 Drawing 对话框 Edit property of new primitives: ; Checked

Maxwell3D无法计算磁钢涡流损耗问题

Maxwell3D无法计算磁钢涡流损耗问题

Maxwell3D无法计算磁钢涡流损耗问题
Maxwell 3D 无法计算磁钢涡流损耗问题
在Maxwell 3D 中计永磁体的涡流损耗,步骤为:
一、设置永磁体电导率;
二、"Set EddyEffects.中勾选永磁体;
三、若是有永磁体分块,再加一个绝缘边界,或者将其之间留有小空隙。

但在3D 中,存在这一个关键点,就是将软件认为是导体的“门槛电导率”调低,因为软件默认电导率为2500000S/m ,要远大于水磁体的电导率,造成在第二步在"setEddy Effects....中勾远永磁体,看不到永磁体,如图1所示
图1
解决该问题的办法是在图2位置,将电导率调低,小于永磁体的电导率即可。

图2。

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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(铁耗与磁场频率的平方成正相关),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(无电导率不考虑),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 maxwell 13.0.0及以上版本,并适用于所有电机种类。

一、
MAXWELL分析磁场时,电气设备或电气元件(无论是电机还是变压器)主要包括两个部分,一个是励磁线圈,另外一个是磁性材料。

所以总的损耗包括线圈损耗(也叫铜损)和磁芯损耗(也叫铁损)两个部分。

其中线圈损耗还包括直流损耗(也就是直流电阻的损耗)和交流损耗(交流电流下的趋肤效应和邻近效应产生的损耗),这个交流损耗也叫做涡流损耗,在涡流场和瞬态场中可以通过设置EDDY EFFECTS来计算。

而铁损只能在瞬态场中计算。

铁损的计算,主要是由磁芯材料供应商提供的各种频率和工作磁感应强度下的测试数据为基础,使用STEINMETZ方程式,采用插值法得到的。

这个铁损已经包含了磁芯的所有损耗,即:磁滞损耗,涡流损耗和剩余损耗。

铁损的计算分两种,一种主要是软磁铁氧体(POWER FERRITE),另外一种主要是矽钢片(ELECTRICAL STEEL),两种计算公式不同。

二、
SOLIDLOSS(实体导体损耗)是指任何导体材料的损耗,既可以包含源电流,又可以有涡流电流。

SOLID CONDUCTOR(实体导体)又包含两种,一种是主动导体,即有外加电流的导体,另外一种
是被动导体,即没有外加电流。

被动导体又有两种情况,短路和开路。

定子和转子其实就是被动导体
,当然有涡流存在,也就是一种SOLIDLOSS。

其实应该还有一种导体损耗,DISPLACEMENT (位移电流),但是通常都很小,一般用于交变电场分析,磁场中很少用。

三、关于powerloss和coreloss
四、关于永磁体的铁耗计算
1 .什么状况下应该给永磁体设置电导值?
象钕铁硼等导电的永磁材料, 并要考虑永磁体中涡流的影时,要设置电导率.
2 .什么状况下给永磁体加上【set Eddy effects】?
要计算永磁体中的涡流的影响时,应设置.
3.又在什么状况下给永磁体赋上【零电流】
由于电机轴向长度有限, 并且单块永磁内涡流自成回路, 因此永磁体截面上的电流有正向和负向,
并且正、负电流之和应等于零。

要正确计算永磁体中的涡流,应将每块永磁体赋【零电流】。

4,若希望准确算额定转矩,应该怎么设置?(也可以同时说说硅钢片怎么设置)理论上讲,要准确计算额定转矩,应考虑永磁体中的涡流,即设置:电导率、
【set Eddy effects】、【零电流】。

但硅钢片不应设置电导率和【set Eddy effects】,
因为2D有限元是模拟轴向有一定长度的电磁问题,不能模拟很薄的硅钢片中的涡流问题,这个问题是三维问题。

5. 若希望准确计算齿槽转矩,应该怎么设定?(也可以同时说说硅钢片怎么设置)
齿槽定位力矩一般是指低速下的值,因此不因考虑永磁体和硅钢片中的涡流。

6.若希望算表面贴磁的永磁电机的永磁体涡流损耗,应该怎么设定?(也可以同时说说硅钢片
怎么设置)永磁体应按上面4. 中说的设置,硅钢片应将电导率设为零,不考虑硅钢片中涡流。

我的理解是这样的:在计算瞬态场时,铁耗的计算由材料的特性得到,set core loss的选项上
要在铁芯上勾对号。

铁心分转子铁心和定子铁心,因为定子铁心为叠片式的默认为无涡流损耗,所
以不加set eddy effects。

而转子铁心是一个solid,所以要加set eddy effect计算涡流损耗。

在显示损耗时,转子损耗在soildless里,定子损耗在coreloss里。

当绕组为solid时,solidloss 加入
绕组中eddy effects 效应之后的损耗。

当绕组设为stranded时不存在这样的损耗。

当铁芯勾set eddy effects的选项时,solidloss为默认铁芯不是叠片式而是solid时的铁芯损耗。

这显然要比coreloss要大的多。

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