关于Ansoft maxwell中电机铁耗和涡流损耗计算的说明

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。

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。

1.训练后处理应用实例本例中的涡流模型由一个电导率σ=106S/m，长度为100mm，横截面积为10×10m2的导体组成，导体通有幅值为100A、频率为60Hz、初始相位ф=120°的电流。

（一）启动M a x w e l l并建立电磁分析1.在windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS Electromagnetic→ANSYSElectromagnetic Suite 15.0→Windows 64-bit→Maxwell 3D命令，进入Maxwell软件界面。

2.选择菜单栏中File→Save命令，将文件保存名为“training_post”3.选择菜单栏中Maxwell 3D→Solution Type命令，弹出Solution Type对话框(1)Magnetic:eddy current(2)单击OK按钮4.依次单击Modeler→Units选项，弹出Set Model Units对话框，将单位设置成m，并单击OK按钮。

（二）建立模型和设置材料1.依次单击Draw→Box命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=-5，Y=-5，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=5，dY=5，dZ=100，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：Cond材料设置为conductor，电导率为σ=106S/m2.依次单击Draw→Box命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=55，Y=-10，Z=40，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=75，dY=10，dZ=60，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：aux3.依次单击Draw→Line在绝对坐标栏中输入：X=0，Y=0，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=0，dY=0，dZ=100，并按Enter键名为line14.依次单击Draw→line，生成长方形对角点为（20，-20，50）、（-20，20，50），名为line25.依次单击Draw→Region命令，弹出Region对话框，设置如下:Pad individual directions（-100，-100，0）、（200，100，100）（三）指定边界条件和源1.按f键，选择Cond与Region的交界面，依次单击菜单中的Maxwell 3D→Excitations→Assign→Current命令，在对话框中填入以下内容：(1)Name:SourceIn(2)Value:100 A(3)Palse:120deg(4)单击OK按钮2.按f键，选择Cond与Region的另一个交界面，依次单击菜单中的Maxwell 3D→Excitations→Assign→Current命令，在对话框中填入以下内容：(5)Name:SourceIn(6)Value:100 A(7) Palse:120deg(8) 按Swap Direction 和OK 按钮（四）设置求解规则1. 依次选择菜单栏中Maxwell 3D →Analysis Setup →Add Solution Setup 命令，此时弹出Solution Setup 对话框，在对话框中设置：(1) Maximum number of passes （最大迭代次数）：10(2) Percent Error （误差要求）:1%(3) Refinement per Pass （每次迭代加密剖分单元比例）:50%(4) Solver>Adaptive Frequency （设置激励源的频率）:60Hz(5) 单击OK 按钮。

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。

maxwell2d电机计算原理
Maxwell 2D 是一种用于电机和电磁设备仿真的软件，主要由ANSYS（原为Ansoft Corporation）公司开发。

Maxwell 2D 的计算原理涉及电磁场建模、材料特性建模、激磁电流建模等多个方面，以下是一般的计算原理概述：
1.电磁场建模：Maxwell 2D 使用有限元法（Finite Element
Method，FEM）来建模电磁场。

有限元法将问题的复杂区域划分为小
的单元，每个单元内的场量被近似为一个简单的形状。

通过数值方法，
求解方程组来模拟电磁场分布。

2.材料特性建模：在仿真中，材料对电磁场的响应是非常重要
的。

Maxwell 2D 允许用户使用不同的材料模型，包括线性和非线性材
料。

这些模型考虑了材料的磁导率、电导率等参数。

3.激磁电流建模：电机工作时，通常需要输入激磁电流来产生磁
场。

Maxwell 2D 允许用户定义激磁电流的分布和大小，以便模拟电机
在不同工况下的行为。

4.耦合和非线性问题：一些电机系统可能涉及到耦合效应和非线
性特性。

Maxwell 2D 能够处理这些复杂情况，例如磁饱和、温度效应
等。

5.后处理和结果分析：Maxwell 2D 提供了强大的后处理工具，
允许用户分析仿真结果。

这包括磁场分布、感应电压、损耗分析等。

总体而言，Maxwell 2D通过数值模拟电磁场和材料特性的相互作用，提供了对电机性能的全面理解。

用户可以在仿真环境中调整参数，改变设计，以优化电机的性能。

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。

损耗的有限元计算2013.09.28 1. 求解模型的设置规定1.1. 模型用于ansoft求解的模型尺寸应优先参考图纸模型尺寸，没有图纸的，可参考计算单的模型尺寸。

为了统一计算模型，将统一整理所要计算样机的模型。

1.1.1 关于导入Autocad模型的几点注意：（1）在Autocad中建立模型时，将模型的圆心设定在原点（0,0）处，以便在导入ansoft后模型的圆心也在原点，从而满足Global坐标系的要求，方便计算。

（2）在保存Autocad模型时，其图形格式应为2010版本以下的dxf格式。

（3）在Autocad中整理模型时，尽量不在原来的图纸中整理，最好新建一个专门用于ansoft整理模型的图纸，这个图纸无需新建图层，只在原有默认的图层上整理模型即可。

这样就避免了导入模型时出现多个图层，并且弄不清楚模型是在哪个图层中绘制的。

（4）在定义材料属性时，应考虑温度对材料属性的影响。

特别是对绕组电导率和对永磁体性能的影响，计算单中给出的为20℃时永磁体性能，应参照式（1）对不同温度下的永磁体性能进行折算后再定义永磁体属性。

永磁体的电导率为6.944×105S/m。

（1）（5）Motion setup中初始位置角设定的原则为，为了将转子D轴与定子A 相轴线重合，转子在0时刻所需旋转的机械角度。

1.2. 边界Ansoft模型建立时，通常在模型上覆盖一层真空层，也叫做外包，这个空气外包的尺寸建议为模型尺寸的1.5倍（2D模型），对于3D模型不用如此。

为了简化计算时间，经常采用单元电机下的周期模型来等效电机全模型，这就需要对单元电机模型添加主从边界条件。

关于主从边界的设定原则：（1）主从边界的参考方向必须一致（由圆心向外），如图所示。

（2）对于主从边界处相对于参考方向的磁通方向一致的模型，应采用正对称，也就是Bs=Bm，如图所示。

（3）对于主从边界处相对于参考方向的磁通方向相反的模型，应采用反对称，也就是Bs=-Bm，如图所示。

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。

磁滞损耗和涡流损耗磁滞损耗和涡流损耗2009-12-03 09:52:14| 分类：默认分类 | 标签： |字号大中小订阅常用的变压器铁芯一般都是用硅钢片制做的。

硅钢是一种合硅（硅也称矽）的钢，其含硅量在0．8～4．8％。

由硅钢做变压器的铁芯，是因为硅钢本身是一种导磁能力很强的磁性物质，在通电线圈中，它可以产生较大的磁感应强度，从而可以使变压器的体积缩小。

我们知道，实际的变压器总是在交流状态下工作，功率损耗不仅在线圈的电阻上，也产生在交变电流磁化下的铁芯中。

通常把铁芯中的功率损耗叫“铁损”，铁损由两个原因造成，一个是“磁滞损耗”，一个是“涡流损耗”。

磁滞损耗是铁芯在磁化过程中，由于存在磁滞现象而产生的铁损，这种损耗的大小与材料的磁滞回线所包围的面积大小成正比。

硅钢的磁滞回线狭小，用它做变压器的铁芯磁滞损耗较小，可使其发热程度大大减小。

既然硅钢有上述优点，为什么不用整块的硅钢做铁芯，还要把它加工成片状呢？这是因为片状铁芯可以减小另外一种铁损——“涡流损耗”。

变压器工作时，线圈中有交变电流，它产生的磁通当然是交变的。

这个变化的磁通在铁芯中产生感应电流。

铁芯中产生的感应电流，在垂直于磁通方向的平面内环流着，所以叫涡流。

涡流损耗同样使铁芯发热。

为了减小涡流损耗，变压器的铁芯用彼此绝缘的硅钢片叠成，使涡流在狭长形的回路中，通过较小的截面，以增大涡流通路上的电阻；同时，硅钢中的硅使材料的电阻率增大，也起到减小涡流的作用。

用做变压器的铁芯，一般选用0．35mm厚的冷轧硅钢片，按所需铁芯的尺寸，将它裁成长形片，然后交叠成“日”字形或“口”字形。

从道理上讲，若为减小涡流，硅钢片厚度越薄，拼接的片条越狭窄，效果越好。

这不但减小了涡流损耗，降低了温升，还能节省硅钢片的用料。

但实际上制作硅钢片铁芯时。

并不单从上述的一面有利因素出发，因为那样制作铁芯，要大大增加工时，还减小了铁芯的有效截面。

所以，用硅钢片制作变压器铁芯时，要从具体情况出发，权衡利弊，选择最佳尺寸。

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。