A nalysiofMagnetCharacteristofThree-PhasReactorMadeofGrain-OrientSiliconSteel

 1引言

磁芯材料為取向硅鋼片(矽鋼片)而磁軛為非取向硅鋼片(矽鋼片)為了研究用取向硅鋼片(矽鋼片)作三相電感器磁軛材料以提高效率的可能性，一般電感器。有必要分析電感器中的磁通及鐵損分布。采用取向硅鋼片(矽鋼片)作磁軛材料，可縮小和降低尺寸和重量，但磁軛與磁芯連接處的磁通方向偏離軋制方向，從而使得磁軛的鐵損計算變得困難。

可將各向異性考慮進去。分析任意方向的二維B-H曲線和鐵損，本文采用有限元法分析磁通及鐵損分布。磁通密度高達2T研究了磁軛尺寸對鐵損的影響，并將計算出的磁通波形和鐵損與測量結果進行了比擬。

2二維磁特性的丈量

采用了一個改進的單片測試議，電感器磁芯材料為取向硅鋼片(矽鋼片)JIS35G165為了丈量如圖1圖2所示的取向硅鋼片(矽鋼片)磁通密度2T下任意方向的二維B-H曲線和鐵損。具有x方向和y方向的H線圈。丈量了軋制方向和橫向的磁通密度分量（BxBy和磁場強度分量（HxHy樣品為自θB磁通密度矢量與軋制方向的夾角）方向切下的各種方形樣品。激勵高磁通密度的繞組采用耐熱繞組。

 圖1二維B-H曲線(35G165

圖2鐵損曲線(35G165

 3模型

繞組匝數為333電源頻率為50Hz繞組的端電壓為6072V有效值）設繞組中的電流為正弦波，圖3為三相電感器的分析模型。其大小使圖3中沿S1-S2平均磁通密度接近1.4T磁軛寬度L=210mm

 圖3三相電感器模型

減小寬度，假設磁軛截去一部分邊沿。則電感器體積縮小，重量減輕，于是就可研究磁軛寬度L對磁通及鐵損分布的影響。為了丈量磁軛中的磁通波形，17片硅鋼片(矽鋼片)中鉆出φ1mm小孔以便將探測線圈沿圖4中的L1L2L3線放置。沿L1L2L3鐵損可通過測量初始溫升（用熱偶）方法來測量。

 圖4研究點

4分析方法

系數可用下式表示：磁通分布可用圖1所示的二維B-H曲線來分析。Newton-Raphson方法的第R次非線性迭代中。

1

Gi和Aj分別表示各向同性材料分析相比節點i處的偏差及節點j磁矢量。由于和的原因，式中g表示函數。系數陣非對稱。假定（1式中的為ON-R迭代中每個單元只用一條B-H曲線。然后選擇對應于新計算的θB新B-H曲線，此過程一直迭代到獲得收斂結果為止。通過對儲存于計算機內的B-H丈量數據的插值計算，可求得B-H曲線。

甚至在最.壞的情況，由于對這樣的各向異性資料磁場非線性分析不容易收斂。解法不收斂，可采用放進的N-R迭代法，即在計算中引入一個松弛因子。表1給出了離散化數據N-R迭代次數、CPU時間等。與各向同性材料分析相比，各向異性材料中的磁場分析需要多次N-R迭代。

5結果與討論

A 磁通密度

圖5表示U芯中磁通φu為最.大值時磁通分布情況。磁通沿磁軛的邊緣“流動”此乃各向異性材料的特點。

 圖5磁通分布(φu為最.大時)

圖6表示圖3中E17xE18x點的磁通密度x分量計算和測量波形比較。圖7顯示了圖4中沿L1L2L3磁通密度最.大值的分布。

 圖6磁通波形(L=210mm

圖7磁通密度分布（L=210mm

各柱氣隙長度差別等原因，同時也由于測量誤差，測得的最.大磁通密度對y軸呈不對稱分布。除了上述丈量誤差（包括制造工藝的非均勻性）計算值與測量值間的偏差也與圖1所示的B-H丈量曲線（θB=0°,連接各相磁芯柱的磁軛的中部磁通密度高于其他部位。由于資料的非均勻性。15°，30°，45°，55°，60°，70°）數目缺乏有關。

因而由兩條最.接近的Bx-Hx內插得到θB=75°附近的Bx-Hx曲線可能有異于真實的Bx-Hx曲線。討論如下：磁通密度失量沿磁軛邊緣的方向θB約75°。θB=75°的Bx-Hx曲線與其他處如θB=60° Bx-Hx曲線有很大不同。

B鐵損

這是由于在磁軛的正面附近磁通密度矢量大大地偏離了軋制方向所致。圖8表示用圖2鐵損曲線計算的鐵損分布情況。磁芯寬度L=210mm時平均鐵損被歸一化為百.分.百計算鐵損時假設了最.大交流磁通密度的絕.對.值B和磁通密度方向θB函數。磁通密度矢量計算值的軌跡線證實了磁通近似為交變函數。圖8標明磁軛兩側附近鐵損增大。

 圖8鐵損分布(L=210mm計算值）

 圖9鐵損分布（L=210mm

丈量鐵損的傳感器（熱偶）只置于右手側，圖9表示沿L1L2L3鐵損分布計算值與測量值的比擬。幅度不同，但趨勢相似。

W增大，圖10表示總鐵損P平均鐵損Pα）及磁芯總重量W隨L變化。L=190mm時的鐵損Pα）P和重量W歸一化為百.分.百由于隨磁軛寬度增大Pα）下降。所以總鐵損幾乎保持恒定。

 圖10磁軛寬度L對鐵損的影響（計算值）

6結論

可獲得與測量結果相近的計算結果。1取向硅鋼片(矽鋼片)磁通密度2T任意方向的二維B-H曲線和鐵損可用改進的單片測試儀測量。采用上述數據。

因此考慮溫升要求，2研究了磁軛寬度對磁通和鐵損分布的影響。由于總鐵損幾乎不受磁軛寬度的影響。可縮短磁軛寬度。