磁饱和对电磁感应力的影响

zptonghua

模型：电磁铁+圆形铝盘
材料：铁心为硅钢，BH曲线如下

线圈采用铜线，绕组匝数为200
瞬态模拟，参数分析电流I增加
I增加范围（10-2000）A
结果分析：电磁感应力与电流的平方成正比。
问题：电磁力与电流的平方成正比关系，无疑问。
关键是铁心的磁密度早饱和，铁心相对磁导率与空气相同，而受力还是与电流的平方成正比趋势增加？
这是咋么回事？

tjulix

不太明白你的结构
是不是一个U型电磁铁，通入交流电，将铝盘感应出磁场，然后相吸？
电磁力实际上就是和两个相互作用的磁势乘积成正比，而这个例子里面，其中一个磁势也是由电流产生，所以力和电流的平方成正比
但是这个“正比”的比例应该是和磁导率相关，我想你仿真结果中，这个正比的比例应该不是一个常数吧？

zptonghua

回复 2# tjulix


    也不是，是一个圆柱形行的电磁铁，线圈通入交流，铝盘放置在电磁铁的一端，由于通入的是交流电，所以产生的电磁铁是正弦的电磁场，铝盘感应出感应电流，感应电流在交变的磁场域中受到安培力的作用，而安培力与线圈中通入的交流电有效值的平方正正比，即d（F）=(d(I))^2,前提是铁芯为线性材料，可是硅钢为非线性材料，正如你说，磁导率在饱和区是类指数下降的，按说受力不在复合这个规律，为什么仿真结果还是符合这个规律，哪怕是铁芯饱和到磁导率与空气相同····

wuhdli

不知磁路结构，不好判断。能否把模型发上来看看。

zptonghua

回复 4# wuhdli
好了，模型上来了，其实就是6极的直线电机，麻烦你解答一下了！

tjulix

那其实和我想的差不多了，都可以用我说的原理来解释
即使磁导率和空气相同，或者说极端一点，整个电磁铁没有铁芯，那么得出的结果应该仍然是电磁力与电流的平方成正比，不过之间的一个比例系数恐怕会非常小。
如果要证明的话，可以用磁共能来解释，对于线性系统W=L(x)*i^2/2
最后得以得到力f=i^2*d(L(x))/2*d(x)，即电流的平方除以2，乘以电感和位移微小改变之商。
对于非线性系统，实际上是L(x)/x的比值在变化，但是力与电流平方的关系不会改变，仿真没有错。

zptonghua

回复 6# tjulix


    可是铁心是非线性材料啊，电感量是变化的。
50        100        150        200        250        300        350        400        450        500        550        600        650        700        750        800        850        900        950        1000
2.15277625        8.621421875        19.41291875        34.50245        53.8931        77.56165        105.5087438        137.6989938        174.061625        230.6635        278.3935625        340.24075        397.985125        459.872625        525.6093125        594.3423125        667.5639375        692.505        766.334125        842.610625
上面是电流，下面是受力，比例系数也看不出什么来啊？

wuhdli

这实际上就是一个线性系统，当然与电流的平方成成正比。

zptonghua

回复 8# wuhdli


    怎么会是线性系统啊，铁心可是硅钢啊 ，非线性的材料

zptonghua

方便么，加QQ 请教一下360029892

tjulix

电感不只是铁心，而是整个磁路的电感。
从你结构来看，似乎铁心长度占整体磁路的比例还是比较小的，大部分磁路是暴露在空气中，所以铁心饱和对磁路电感的影响可能不够明显。
这只是个猜想，能不能看看铁芯磁密和电流的关系？是在多少电流时饱和的？

zptonghua

回复 11# tjulix


    对，我也有过你的想法，这样的直线电机本来就是开断的磁场，铁心长度占到磁路长度的几分之一左右，400A的时候局部磁密度已经超过1.7T
  这样的磁密对相对铁心的相对磁导率已经饱和

tjulix

从电流和电磁力平方根的曲线来看，基本是一条直线，不过当电流大于500时，发生了一些偏移，成为另一条直线，在900A后又回归到原来的直线。
在500-900A的区间里，单位电流增加产生力的增加反而增大了，而这个恰好是你说接近饱和的区域，我觉得这就很奇怪了。
所以是不是B-H曲线有什么问题，而且，看看是不是输入的B-H曲线到从500A对应的磁密点开始，到900A对应的磁密点时结束，而两端都是软件拟合的曲线？

不过这条线也说明，你这个系统基本可以看成是线性系统，如果是非线性的话，这条线应该逐渐向下弯曲的。

zptonghua

回复 13# tjulix


    0         0
10         0.04
20         0.1
26         0.2
30         0.32
35         0.4
40         0.5
45         0.6
50         0.7
84         1
110         1.1
130         1.2
180         1.3
240         1.35
400         1.4
1000         1.48
1200         1.5
3000         1.6
6000         1.7
10000         1.8
25000         1.9
60000         2
120000         2.1
200000         2.2
上面就是H-B的数据，到2.2T以后就是软件拟合的

zptonghua

不能沉啊····

tjulix

单位是什么？

zptonghua

回复 16# tjulix


左列为H，右列为B，   B为tesla，H为A/M

wyc_suny

我也遇到了同样的问题。
   在模拟非线性导磁材料时，软件模拟的和实际测试的的确不一样。无论用任何形式的非线性材料，模拟出的结果总是表现出线性的变化。
求高人指导。

zptonghua

我也遇到了同样的问题。
   在模拟非线性导磁材料时，软件模拟的和实际测试的的确不一样。无论用任何形式的非线性材料，模拟出的结果总是表现出线性的变化。
求高人指导。

我的解决了哦 你在看看你的模型是否饱和了 膝点一下很难看出不线性哦

cnnzb

回复 13# tjulix


    请问大侠，为什么材料是非线性系统时，电磁力是向下的呢？