Шихтовка: частотные потери листа и магнитное заполнение пакета
Разделить снижение вихревых потерь при уменьшении толщины листа и изменение магнитной проводимости при неполном заполнении пакета сталью.
1. Шихтовка: частотные потери листа и магнитное заполнение пакета1 — Проводящая пластинаСохранённое решение FEMM 5. Узловой скаляр сохранённой модели. Действительная компонента фазора при фазе 0. Показаны потенциал и его уровни, а не модуль B. b и h — размеры выделенной геометрии между крайними поверхностями по координатам; пропорции сечения сохранены.Открыть SVG целикомРезультат отдельноИсходная учебная модель2. Шихтовка: частотные потери листа и магнитное заполнение пакета1 — Шихтованный пакет в плоскости модели · 2 — Обмотка без потерьСохранённое решение FEMM 5. Узловой скаляр сохранённой модели. Показаны потенциал и его уровни, а не модуль B. b и h — размеры выделенной геометрии между крайними поверхностями по координатам; пропорции сечения сохранены.Открыть SVG целикомРезультат отдельноИсходная учебная модельДругие модели этой постановки · всего 33. Шихтовка: частотные потери листа и магнитное заполнение пакета1 — Шихтованный пакет в плоскости модели · 2 — Обмотка без потерьСохранённое решение FEMM 5. Узловой скаляр сохранённой модели. Показаны потенциал и его уровни, а не модуль B. b и h — размеры выделенной геометрии между крайними поверхностями по координатам; пропорции сечения сохранены.Открыть SVG целикомРезультат отдельноИсходная учебная модельТеорияРасчётРезультатыУчебные файлыСамостоятельная работа
Разность A на верхней и нижней поверхностях задаёт одну и ту же среднюю амплитуду B при всех толщинах и частотах. Это исключает изменение потерь только из-за изменения возбуждения.
Тонколистовая формула служит пределом при t/δskin≪1. Для остальных точек программа использует точное решение бесконечного проводящего слоя; форму замыкания токов у реальных торцов такая двумерная модель не воспроизводит.
p — средняя мощность на единицу объёма стали, Вт/м³; t и скин-глубина — в метрах; \mu =\mu _{0}\mu _{r}.
Заполнение при фиксированных габарите и NI
Во втором опыте проводимость равна нулю. Листы лежат в плоскости xy, нормаль к пакету направлена по z; в FEMM выбрано LamType=0 с коэффициентом заполнения. Глубина модели и внешние размеры пакета постоянны.
Штатная модель сравнивается с отдельным материалом, которому вручную назначена эквивалентная проницаемость в плоскости. Коэффициент магнитного заполнения не является коэффициентом заполнения окна медью.
В плоском опыте используется параллельное направление. Формула нормального направления приведена для объяснения анизотропии, но отдельно не рассчитывается.
Исходные данные и последовательность расчёта
Исходные данные
Величина
Значение
Единица
Лист: ширина / глубина
20 / 1000
мм
Толщина листа
0,1; 0,2; 0,4
мм
Частоты
10; 50; 200; 1000
Гц
Средняя амплитуда B в листе
0,2
Тл
Материал листа
μr=100; σ=6 МСм/м
DC-пакет
квадрат 60/40 мм; глубина 20 мм; N=200; I=1 А
Магнитное заполнение
0,70; 0,85; 1,00
1
Сначала выполните листовой опыт: 3 толщины × 4 частоты, неизменная средняя амплитуда B=0{,}2 Тл.
Разделите интегральные потери на объём стали, постройте p(f) и p(t). Сопоставьте с точным проводящим слоем, а тонколистовой предел используйте при t/δskin<0,2.
Проверьте потери при 8 и 12 элементах по толщине наиболее толстого листа на верхней частоте.
Отдельно выполните DC-опыт с c=0{,}70; 0,85; 1,00. Сохраняйте габариты, число витков и ток; проводимость установите в ноль.
Сравните L и \Psi штатного пакета с независимым материалом μэкв. Проверьте сетку и внешнюю область.
Сформулируйте два разных вывода: как толщина влияет на вихревые потери и как доля изоляции влияет на магнитную проводимость.
Характеристики и обработка результатов
Характеристики по сохранённым решениям FEMM 5. Все точки взяты из численной серии; линии соединяют рассчитанные состояния. Открыть в полном размере
Средние удельные потери листа при Bамп=0,2 Тл
t, мм
f, Гц
FEMM, Вт/м³
Аналитический слой, Вт/м³
Тонколистовой предел, Вт/м³
δskin, мм
0,1
10
0,3948
0,3948
0,3948
6,497
0,1
50
9,87
9,87
9,87
2,906
0,1
200
157,9
157,9
157,9
1,453
0,1
1000
3948
3948
3948
0,6497
0,2
10
1,579
1,579
1,579
6,497
0,2
50
39,48
39,48
39,48
2,906
0,2
200
631,7
631,7
631,7
1,453
0,2
1000
15790
15790
15790
0,6497
0,4
10
6,317
6,317
6,317
6,497
0,4
50
157,9
157,9
157,9
2,906
0,4
200
2527
2527
2527
1,453
0,4
1000
63150
63150
63170
0,6497
Магнитное заполнение при неизменных габарите и NI
Заполнение c
Ψ, Вб
L, мГн
0,7
0,03938
39,38
0,85
0,04764
47,64
1
0,0559
55,9
При фиксированной средней B потери листа растут с частотой и толщиной. В отдельном DC-опыте уменьшение доли стали снижает L; это изменение магнитной проводимости, а не расчёт вихревых потерь.
Проверены сохранение и повторное открытие расчётных копий с русскими свойствами, сетка, границы области, а также указанные в методике независимые контроли. Критерии относятся к приведённым параметрам; при изменении модели проверки выполняют заново.
Воспроизведение во встроенном Python FEMM 5
Сохраните программу в отдельной папке и выполните её. Она построит полную серию в новом каталоге calculated-NN. Опорные модель и решение ниже показывают один режим; остальные состояния создаются программой. Значения полного JSON сохранены без округления.
Уменьшите толщину листа вдвое при 50 Гц и той же средней B. Затем уменьшите c при неизменной толщине в отдельном DC-опыте. Объясните различие двух изменений.
Критерий выполнения. Потери должны согласоваться с аналитическим слоем до 3%; DC-индуктивность штатного и эквивалентного материалов — до 1%. Не использовать тонколистовой предел за пределами его условия.
Область применимости
В листовом опыте исключены реальные торцевые контуры токов и межлистовые контакты. В опыте заполнения нет вихревых потерь, насыщения и гистерезиса. Оба способа описания листов не накладываются на одну область.
Вопросы для самопроверки
Почему уменьшение потерь при меньшем B не доказывает пользу шихтовки?
Уменьшение B само снижает вихревые потери. Чтобы выделить влияние толщины, среднюю амплитуду B сохраняют.
Можно ли одновременно разбить пакет на явные листы и назначить ему тот же коэффициент шихтовки?
Нет. Это два способа описания одной структуры; их совместное применение повторно учитывает изоляционные промежутки.
Источники и происхождение методики
Методика опытов адаптирована по переданным материалам курса «Расчёт электромагнитных полей». Лекции с указанным авторством: Е. П. Курбатова; «Электромагнитный подвес. Расчёт сил энергетическим методом» — П. А. Курбатов. Геометрии, программы и графики данного дополнения выполнены для FEMM 5 на основе учебного комплекта нашего курса. Оригиналы сохраняются в авторской библиотеке.