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利用ANSYS Maxwell深入探究软磁体之----电感变压器

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tangjin2122
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  • 2016-9-20 10:39:07
相信大家对软磁铁氧体都不陌生,功率变换都离不开它,但是关于它的各种“场”量却很难直观的去观察,记得之前有个贴,很多人在争论能量到底是在气隙,还是在磁体里面,我相信下面的帖子,会让你做出判断。

好了,下面准备开始。

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tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-20 10:46:15
 
首先来看看共模电感:
建好模型,磁芯磁导率设置为10000ui,激励设置为50HZ  20A电流。
QQ截图20160920104524.png

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tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-20 10:58:41
 
仿真完成后,一个正弦电流周期内,其电场正反向循环产生,两组线圈电场方向总是对立的,且H值,已经达到相当高的一个值了达到了5.5e+005 ,共模实际应用中,基本上不会有这么高的H值,在这里只是想仿真共模磁芯不会饱和。
共模电感电场量.gif
tangjin2122
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  • 2016-9-20 11:04:56
 
再看看在此种情况下,磁芯的磁通密度情况,通过数值和云图可直观的发现,线圈基本上没有在磁芯里产生磁通。
磁通密度.gif
tangjin2122
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  • 2016-9-20 11:24:41
 
下面,我们把左边绕组圈数减少1圈,可见其磁场强度差异并不是很明显。
减少1T电场.gif
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-20 11:27:50
 
我们在看看减少左边绕组1圈后,磁芯磁通密度情况,下图可见,磁芯已经饱和。此时电感量已经接近0,已经起不到滤波的作用了。
减少1T磁通密度.gif
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-20 11:31:22
 
接下来,再看看差模/储能电感仿真:
线建立好模型:

差模电感.png
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-20 16:23:31
 
下图为储能放能的电场变化:
储能.gif
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-20 16:28:38
 
经常说到的,电感储能,其实就是MOS导通时,线圈给磁芯充满磁通,由于是软磁,外电场一消失,那么内部磁芯的磁通就开始自然泄放,泄放过程中,变化磁场有产生电场,使线圈产生电流驱动负载。
磁通充满自然退磁过程.gif
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-20 16:33:25
 
接下来我们先看看趋肤效应:先建立模型,一根1mm直径的漆包线
趋肤效应.png
tangjin2122
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  • 2016-9-20 17:09:10
 
圆形漆包铜线,其趋肤效应公式为:66.2/√f (mm)  ,10Khz时  其趋肤深度0.662,也就是说,10KHZ能用圆形漆包线的理论最大直径为1.32mm
下图为1mm漆包线施加10Khz 4A交流电时的电流密度分部,可见其截面中心与外部电流密度相差甚小,约0.02A/mm²
10KHZ.png
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-20 17:13:17
 
下图为60KHz时,电流密度分部,可见截面中心电流密度和靠漆包线表面的电流密度开始出现较大差异。
60Khz.png
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-20 17:16:34
 
下图为110KHZ  时,电流密度分布,可见截面靠表面的电流密度约是中心电流密度的7倍左右。
110KHZ.png
tangjin2122
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  • 2016-9-20 17:21:54
 
下面看看1MHZ电流时,其电流密度分部,可见中间粉色部分,已经没有电流了,表面电流目的已经达到21A/mm²  这个时候漆包线温度将非常高,根本无法使用。
1GHZ电流.png
tangjin2122
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  • 2016-9-21 14:57:32
 
接下来,我们看看永磁体在磁场作用力下的情况,由于永磁体本身剩磁较大,矫顽力也非常大,所以会和磁场产生反作用力以下图片都是线圈磁场加在软磁体上,和永磁体钕铁硼的反应:
电磁铁仿真.gif
三相电机仿真.gif
电磁仿真.gif
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-21 15:45:15
 
接下来,我们看看邻近效应,线建好模型,一根圆形漆包线,为了视觉问题,我按以下方式折回,末端间隔0.05mm
邻近效应.png
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-21 16:04:48
 
以下所有情况都是4A 电流  1mm直径铜线  频率10khz时,可见邻近效应不明显。
LJ10KHZ.png
tangjin2122
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  • 2016-9-21 16:07:04
 
60Khz 时,导体相邻位置电流密度明显比两侧高1倍左右。
LJ60KHZ.png
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  • 2016-9-21 16:08:46
 
110Khz 时,导体相邻位置电流密度明显比两侧高3倍左右。
LJ110KHZ.png
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-21 16:13:17
 
1Mhz时,邻近效应已经非常明显,相邻位置电流密度高达47A/mm²  而两侧几乎没有电流,此时铜线会因温度高而烧毁短路。
LJ1MHZ.png
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-21 16:30:41
 
邻近效应----------2   上面说的是反向电流时的邻近效应,下面看看同向电流时的邻近效应:
建模,激励电流同方向,此种情况和变压器电感同一绕组,且一层的情况比较像,还是0.05mm间距,4A电流,1mm直径铜线。

TXDL.png
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-21 16:34:24
 
10KHZ时,相邻位置电流密度略低于两侧电流密度,不过不明显,同向电流时,和反向电流时,电流密度分布也是相反的。
LJ10K.png
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-21 16:36:42
 
60Khz时,已经明显了很多,相邻处电流密度较两侧底三分之一左右。
LJ60K.png
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-21 16:39:18
 
1MHZ时,电流已经被挤压在上下两侧了。
1MHZ.png
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-22 15:39:00
 
下面,我们来模拟buck电路下,磁性元器件的工作情况,首选建立好外加电路,典型的简易buck:



外加电路.png
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-22 16:07:18
 
开始建立模型,由于频率是90KHZ  大概计算采用EE22磁芯,开气息。
EE22磁芯.png
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-22 16:19:06
 
圈数27Ts  ,模型完毕,接下来就是设置激励,添加电流。
EE22模型.png
超人123_
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初级工程师
  • 2016-10-9 15:52:25
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楼主能不能讲解一下,3D模型是如何建立的?不知道怎么建立3D的绕组线圈,谢谢!
GIANT_MAN
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本网技师
最新回复
  • 2017-1-9 14:07:55
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楼主,后面怎么没了啊?
何仙公
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副总工程师
  • 2016-9-23 14:59:28
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图例单位能不能解释下,看起来感觉不对劲啊
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-23 15:30:38
  • 倒数9
 
单位是A/㎡   换算成A/mm²   把结果除以10的6次方就行了。
zxy_20120225
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高级工程师
  • 2016-9-23 22:47:43
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这个动态图片怎么弄的? 谢谢
超人123_
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初级工程师
  • 2016-9-29 22:18:00
  • 倒数6
 
期待作者来个建模教程!
荨麻草
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版主
  • 2016-9-20 11:39:22
 
尤其佩服对基础材料、基础概念、基本原理、基本方法...研究透彻的专家学者,谢谢楼主分享。
tangjin2122
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初级工程师
  • 2016-9-20 11:56:16
 
谢谢版主支持,中午吃完饭,下午继续
eric53382
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本网技工
  • 2016-9-20 11:59:03
 
生动立体直观
XIAOTU80
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版主
  • 2016-9-20 13:56:29
 
ANSYS Maxwell软件可以分享一下,并介绍下如何设置参数得到你那些图形
何仙公
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副总工程师
  • 2016-9-20 14:13:46
 
描述思路节奏太快,我退化的脑细胞跟不上!
埃_维_针1
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高级工程师
  • 2016-9-21 08:30:03
 
我没记错的话坛子以前好像有过这软件的帖子,好像是比赛用的。
westbrook
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副总工程师
  • 2016-9-21 08:11:19
 
期待楼主能继续讲解。。
缪法
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高级工程师
  • 2016-9-21 12:27:20
 
期待仿真一下多层绕线电感的邻近效应
wszdxp2004
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高级工程师
  • 2016-9-22 08:11:08
 
好帖呀,做个记号
李纪刚a
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本网技师
  • 2016-9-22 18:26:38
 
楼主做得正好
阿星电源
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本网技工
  • 2016-9-22 10:52:10
 
感谢楼主详解

wbt100
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高级工程师
  • 2016-9-23 08:08:01
 
来学习一下!
mmm8410269
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本网技师
  • 2016-9-25 23:07:01
  • 倒数7
 
楼主您好,请问哪里可以下载到这款软件的破解版?我看到网上下载都是需要购买的。
MUSK
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本网技工
  • 2016-10-14 14:29:28
  • 倒数4
 
同问
决战
  • 决战
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LV8
副总工程师
  • 2016-10-14 17:03:41
  • 倒数3
 
楼主,可以开几天的收费课程,邀请大家共同学习。
zhc787
  • zhc787
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高级工程师
  • 2016-10-14 19:26:55
  • 倒数2
 
很好的动画制作,非常生动、形象!
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