A nalysiofMagnetCharacteristofThree-PhasReactorMadeofGrain-OrientSiliconSteel

 1引言

磁芯材料为取向硅钢片(矽钢片)而磁轭为非取向硅钢片(矽钢片)为了研究用取向硅钢片(矽钢片)作三相电感器磁轭材料以提高效率的可能性，一般电感器。有必要分析电感器中的磁通及铁损分布。采用取向硅钢片(矽钢片)作磁轭材料，可缩小和降低尺寸和重量，但磁轭与磁芯连接处的磁通方向偏离轧制方向，从而使得磁轭的铁损计算变得困难。

可将各向异性考虑进去。分析任意方向的二维B-H曲线和铁损，本文采用有限元法分析磁通及铁损分布。磁通密度高达2T研究了磁轭尺寸对铁损的影响，并将计算出的磁通波形和铁损与测量结果进行了比拟。

2二维磁特性的丈量

采用了一个改进的单片测试议，电感器磁芯材料为取向硅钢片(矽钢片)JIS35G165为了丈量如图1图2所示的取向硅钢片(矽钢片)磁通密度2T下任意方向的二维B-H曲线和铁损。具有x方向和y方向的H线圈。丈量了轧制方向和横向的磁通密度分量（BxBy和磁场强度分量（HxHy样品为自θB磁通密度矢量与轧制方向的夹角）方向切下的各种方形样品。激励高磁通密度的绕组采用耐热绕组。

 图1二维B-H曲线(35G165

图2铁损曲线(35G165

 3模型

绕组匝数为333电源频率为50Hz绕组的端电压为6072V有效值）设绕组中的电流为正弦波，图3为三相电感器的分析模型。其大小使图3中沿S1-S2平均磁通密度接近1.4T磁轭宽度L=210mm

 图3三相电感器模型

减小宽度，假设磁轭截去一部分边沿。则电感器体积缩小，重量减轻，于是就可研究磁轭宽度L对磁通及铁损分布的影响。为了丈量磁轭中的磁通波形，17片硅钢片(矽钢片)中钻出φ1mm小孔以便将探测线圈沿图4中的L1L2L3线放置。沿L1L2L3铁损可通过测量初始温升（用热偶）方法来测量。

 图4研究点

4分析方法

系数可用下式表示：磁通分布可用图1所示的二维B-H曲线来分析。Newton-Raphson方法的第R次非线性迭代中。

1

Gi和Aj分别表示各向同性材料分析相比节点i处的偏差及节点j磁矢量。由于和的原因，式中g表示函数。系数阵非对称。假定（1式中的为ON-R迭代中每个单元只用一条B-H曲线。然后选择对应于新计算的θB新B-H曲线，此过程一直迭代到获得收敛结果为止。通过对储存于计算机内的B-H丈量数据的插值计算，可求得B-H曲线。

甚至在最.坏的情况，由于对这样的各向异性资料磁场非线性分析不容易收敛。解法不收敛，可采用放进的N-R迭代法，即在计算中引入一个松弛因子。表1给出了离散化数据N-R迭代次数、CPU时间等。与各向同性材料分析相比，各向异性材料中的磁场分析需要多次N-R迭代。

5结果与讨论

A 磁通密度

图5表示U芯中磁通φu为最.大值时磁通分布情况。磁通沿磁轭的边缘“流动”此乃各向异性材料的特点。

 图5磁通分布(φu为最.大时)

图6表示图3中E17xE18x点的磁通密度x分量计算和测量波形比较。图7显示了图4中沿L1L2L3磁通密度最.大值的分布。

 图6磁通波形(L=210mm

图7磁通密度分布（L=210mm

各柱气隙长度差别等原因，同时也由于测量误差，测得的最.大磁通密度对y轴呈不对称分布。除了上述丈量误差（包括制造工艺的非均匀性）计算值与测量值间的偏差也与图1所示的B-H丈量曲线（θB=0°,连接各相磁芯柱的磁轭的中部磁通密度高于其他部位。由于资料的非均匀性。15°，30°，45°，55°，60°，70°）数目缺乏有关。

因而由两条最.接近的Bx-Hx内插得到θB=75°附近的Bx-Hx曲线可能有异于真实的Bx-Hx曲线。讨论如下：磁通密度失量沿磁轭边缘的方向θB约75°。θB=75°的Bx-Hx曲线与其他处如θB=60° Bx-Hx曲线有很大不同。

B铁损

这是由于在磁轭的正面附近磁通密度矢量大大地偏离了轧制方向所致。图8表示用图2铁损曲线计算的铁损分布情况。磁芯宽度L=210mm时平均铁损被归一化为百.分.百计算铁损时假设了最.大交流磁通密度的绝.对.值B和磁通密度方向θB函数。磁通密度矢量计算值的轨迹线证实了磁通近似为交变函数。图8标明磁轭两侧附近铁损增大。

 图8铁损分布(L=210mm计算值）

 图9铁损分布（L=210mm

丈量铁损的传感器（热偶）只置于右手侧，图9表示沿L1L2L3铁损分布计算值与测量值的比拟。幅度不同，但趋势相似。

W增大，图10表示总铁损P平均铁损Pα）及磁芯总重量W随L变化。L=190mm时的铁损Pα）P和重量W归一化为百.分.百由于随磁轭宽度增大Pα）下降。所以总铁损几乎保持恒定。

 图10磁轭宽度L对铁损的影响（计算值）

6结论

可获得与测量结果相近的计算结果。1取向硅钢片(矽钢片)磁通密度2T任意方向的二维B-H曲线和铁损可用改进的单片测试仪测量。采用上述数据。

因此考虑温升要求，2研究了磁轭宽度对磁通和铁损分布的影响。由于总铁损几乎不受磁轭宽度的影响。可缩短磁轭宽度。