阐述硅钢片两种参数设置的区别

1 概述

在硅钢片材料的EditMaterial设置窗口中，有一个“Bulk Conductivity”设置选项，在“Core Loss at One Frequency” 窗口，也有一个“Conductivity” 选项设置。本文将阐述硅钢片的这两种参数设置的区别。

2 实现方法

在Maxwell中，通常把叠片硅钢片用一个整体来建模，而不会把每一片叠片模型都单独建出来，叠片模型采用解析法进行计算，按体积来进行加权。

下面将介绍如何在Maxwell中设置建立这种硅钢片的电导率。这里主要考虑的是叠片铁芯，以阻止硅钢片中流动的体电流，此处我们只把感应电流作为铁损 Core Loss计算的一部分，而不是大范围的感应电流。

用户把材料的成分设置为叠压型Lamination时，需要记住设置叠压系数和叠压方向，叠压方向(Stacking Direction)是叠片平面的法向方向，选项有三种，为V(1)、V(2)、V(3)，分别代表以下三种方向： (1) 直角坐标系的X、Y、Z方向， (2) 圆柱坐标系的R、Phi、Z方向 (3) 球坐标系的 Rho, Theta, Phi方向 叠压系数(StackingFactor)是一个0和1之间的系数，硅钢片一般由导磁的钢和不导磁的绝缘材料组成，该系数是导磁部分长度与总长度的比值。

为了抑制并忽略铁芯内的感应电流，用户可将叠片材料的体电导率 Bulk Conductivity设置为0。设置体电导率Bulk Conductivity菜单操作为：Modeler>>Assign material>>选择需要设置的材料>>点击 View/Edit materials，在如下图所示的View/EditMaterial窗口中，将“Bulk Conductivity”设置为0即可。

典型叠片硅钢片设置： Bulk Conductivity 设置为0 通过该设置，铁芯内的所有损耗将由铁芯的损耗设置决定。这是2D分析的最佳选择，也是3D应用中的基础选项。 在3D的瞬态场仿真时，如果Bulk Conductivity设置为大于0，并且把涡流效应Eddy Effect关闭，那么进入铁芯的法向磁通引起的额外的损耗部分会被计算，如下图所示。

体电导率Bulk Conductivity 按实际材料规格设定(考虑法向磁通损耗的高级设置) 这个额外的损耗部分在铁损报告Report中随时间显示在涡流损耗曲线下。这只是后处理运算，并不会影响场计算结果。

设置体电导率 BulkConductivity大于0，考虑铁损计算时的法向磁通步骤如下： (1) 使用一个简单的非零电导率conductivity（非各向异性）； (2) 将材质成分设置为“层叠” Laminated; (3) 关闭掉涡流效应Eddy Effect； (4) 采用标准的Electric Steel损耗模型和系数（Kh,Kc,Ke)，并把铁耗Core Loss打开。

特别注意，对于典型应用(如电机、变压器、电抗器)中层叠的铁芯，磁通的法向分量引起的损耗是比较小的。而对于一些特别的应用，比如有高漏抗的功率变压器，法向磁通可能会比较大，从而在负载运行时在层叠的铁芯中引起额外的损耗。在这些特殊的应用中，电导率conductivity可以被设置为大于0。

对于层叠材料（特别是2D模型中），涡流效应Eddy Effect总是被关闭的。这将确保当电导率大于0时，被计算的物体不计算涡流效应（AC 和集肤效应）。层叠铁芯的涡流损耗（由每一个叠片中的很小的涡流电流引起的）包含于铁芯损耗计算中。 铁芯损耗使用损耗系数来直接计算基于场量及其导数的损耗密度。如果这些系数不是已知的，用户可通过两种拟合方法来从损耗曲线（BP曲线）中提取这些损耗系数，分别为拟合单频率曲线和拟合多频率曲线两种。

当采用多频率曲线拟合时，三个损耗系数直接从BP曲线 vs frequency数据拟合得到。

当采用单频率数据时，有两个系数从BP曲线拟合得到，另一个系数（Kc）由材料的电导率和叠压硅钢片的厚度得到。电导率Conductivity用于计算获得叠压铁芯的Steinmetz损耗系数，在BP曲线的输入界面上会二次输入。二次输入的电导率conductivity对场量的求解和计算无影响，只影响用于铁芯损耗计算的系数的生成（这是一个后处理运算）。

单频率的铁芯损耗曲线选择 在下拉菜单的“Calculate Properties for”选项中，有一个“CoreLoss at One Frequency”选项，如下图所示。一个BP曲线的输入窗口将询问是否选择“Core Loss at One Frequency”。窗口中的电导率Conductivity是叠压硅钢片的电导率，用于提取Steinmetz损耗系数。

单频率铁损BP曲线的设置窗口 用户也可以查看相关的Maxwell在线帮助主题。

审核编辑：刘清