DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2019.1.07

TWO-DIMENSIONAL FEM-ANALYSIS OF EDDY CURRENTS LOSS IN LAMINATED MAGNETIC CIRCUITS

O. V. Makarchuk, Dariush Całus, V. I. Moroz, Zbignew Gałuszkiewicz, Patryk Gałuszkiewicz

Анотація


Розглядається одне з вирішень проблеми врахування втрат потужності в шихтованих магнітопроводах, що викликані вихровими струмами. Запропоноване рішення призначене для використання у спеціалізованих математичних моделях, які ґрунтуються на двовимірному описі електромагнітного поля. Алгоритм розрахунку еквівалентного значення питомого електричного опору матеріалу магнітопроводу побудовано на підставі FEM-аналізу просторового розподілу вектора густини струму в шихтованому взірці, магнітні та електричні властивості якого максимально наближені до електротехнічної сталі. Принципова можливість використання пропонованого підходу підтверджується порівнянням розрахункових та експериментальних часових залежностей режимних величин, на прикладі однофазного трансформатора, що працює за різних частот напруги живлення.

Ключові слова


втрати від вихрових струмів; шихтований магнітопровід; двовимірний FEM- аналіз; однофазний трансформатор

Повний текст:

PDF ENG (English)

Посилання


1. Gyselinck J., Vandevelde L., Melkebeek J., Dular P., Henrotte F., Legros W. Calculation of eddy currents and associated losses in electrical steel laminations. IEEE Transactions on Magnetics, 1999, vol.35, no.3, pp. 1191-1194. doi: 10.1109/20.767162.

2. Gyselinck J., Sabariego R.V., Dular P. A nonlinear time-domain homogenization technique for laminated iron cores in three-dimensional finite-element models. IEEE Transactions on Magnetics, 2006, vol.42, no.4, pp. 763-766. doi: 10.1109/TMAG.2006.872034.

3. Kaimori H., Kameari A., Fujiwara K. FEM computation of magnetic field and iron loss in laminated iron core using homogenization method. IEEE Transactions on Magnetics, 2007, vol.43, no.4, pp. 1405-1408. doi: 10.1109/TMAG.2007.892429.

4. Zheng W., Cheng Z. An Inner-Constrained Separation Technique for 3-D Finite-Element Modeling of Grain-Oriented Silicon Steel Laminations. IEEE Transactions on Magnetics, 2012, vol.48, no.8, pp. 2277-2283. doi: 10.1109/TMAG.2012.2191591.

5. Pippuri J., Belahcen A., Dlala E., Arkkio A. Inclusion of eddy currents in laminations in two-dimensional finite element analysis. IEEE Transactions on Magnetics, 2010, vol.6, no.8, pp. 2915-2918. doi: 10.1109/TMAG.2010.2044490.

6. Dlala E., Belahcen A., Pippuri J., Arkkio A. Interdependence of hysteresis and eddy-current losses in laminated magnetic cores of electrical machines. IEEE Transactions on Magnetics, 2010, vol.46, no.2, pp. 306-309. doi: 10.1109/TMAG.2009.2032930.

7. Niyonzima I., Sabariego R.V., Dular P., Geuzaine C. Finite Element Computational Homogenization of Nonlinear Multiscale Materials in Magnetostatics. IEEE Transactions on Magnetics, 2012, vol.48, no.2, pp. 587-590. doi: 10.1109/TMAG.2011.2174210.

8. Koch S., Gersem H., Weiland T., Fischer E., Moritz G. Transient 3D Finite Element Simulations of the SIS100 Magnet Considering Anisotropic, Nonlinear Material Models for the Ferromagnetic Yoke. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2008, vol.18, no.2, pp. 1601-1604. doi: 10.1109/TASC.2008.921892.

9. Ionel D.M., Popescu M., McGilp M.I., Miller T.J.E., Dellinger S.J., Heideman R.J. Computation of core losses in electrical machines using improved models for laminated steel. IEEE Transactions on Industry Applications, 2007, vol.43, no.6, pp. 1554-1564. doi: 10.1109/TIA.2007.908159.

10. Wei Chen, Jien Ma, Xiaoyan Huang, Youtong Fang. Predicting Iron Losses in Laminated Steel with Given Non-Sinusoidal Waveforms of Flux Density. Energies, 2015, vol.8, no.12, pp. 13726-13740. doi: 10.3390/en81212384.

11. Hollaus K., Hannukainen A., Schöberl J. Two-scale homogenization of the nonlinear eddy current problem with FEM. IEEE Transactions on Magnetics, 2014, vol.50, no.2, pp. 413-416. doi: 10.1109/TMAG.2013.2282334.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1.     Gyselinck J., Vandevelde L., Melkebeek J., Dular P., Henrotte F., Legros W. Calculation of eddy currents and associated losses in electrical steel laminations. IEEE Transactions on Magnetics, 1999, vol.35, no.3, pp. 1191-1194. doi: 10.1109/20.767162.
2.     Gyselinck J., Sabariego R.V., Dular P. A nonlinear time-domain homogenization technique for laminated iron cores in three-dimensional finite-element models. IEEE Transactions on Magnetics, 2006, vol.42, no.4, pp. 763-766. doi: 10.1109/TMAG.2006.872034.
3.     Kaimori H., Kameari A., Fujiwara K. FEM computation of magnetic field and iron loss in laminated iron core using homogenization method. IEEE Transactions on Magnetics, 2007, vol.43, no.4, pp. 1405-1408. doi: 10.1109/TMAG.2007.892429.
4.     Zheng W., Cheng Z. An Inner-Constrained Separation Technique for 3-D Finite-Element Modeling of Grain-Oriented Silicon Steel Laminations. IEEE Transactions on Magnetics, 2012, vol.48, no.8, pp. 2277-2283. doi: 10.1109/TMAG.2012.2191591.
5.     Pippuri J., Belahcen A., Dlala E., Arkkio A. Inclusion of eddy currents in laminations in two-dimensional finite element analysis. IEEE Transactions on Magnetics, 2010, vol.6, no.8, pp. 2915-2918. doi: 10.1109/TMAG.2010.2044490.
6.     Dlala E., Belahcen A., Pippuri J., Arkkio A. Interdependence of hysteresis and eddy-current losses in laminated magnetic cores of electrical machines. IEEE Transactions on Magnetics, 2010, vol.46, no.2, pp. 306-309. doi: 10.1109/TMAG.2009.2032930.
7.     Niyonzima I., Sabariego R.V., Dular P., Geuzaine C. Finite Element Computational Homogenization of Nonlinear Multiscale Materials in Magnetostatics. IEEE Transactions on Magnetics, 2012, vol.48, no.2, pp. 587-590. doi: 10.1109/TMAG.2011.2174210.
8.     Koch S., Gersem H., Weiland T., Fischer E., Moritz G. Transient 3D Finite Element Simulations of the SIS100 Magnet Considering Anisotropic, Nonlinear Material Models for the Ferromagnetic Yoke. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2008, vol.18, no.2, pp. 1601-1604. doi: 10.1109/TASC.2008.921892.
9.     Ionel D.M., Popescu M., McGilp M.I., Miller T.J.E., Dellinger S.J., Heideman R.J. Computation of core losses in electrical machines using improved models for laminated steel. IEEE Transactions on Industry Applications, 2007, vol.43, no.6, pp. 1554-1564. doi: 10.1109/TIA.2007.908159.
10.  Wei Chen, Jien Ma, Xiaoyan Huang, Youtong Fang. Predicting Iron Losses in Laminated Steel with Given Non-Sinusoidal Waveforms of Flux Density. Energies, 2015, vol.8, no.12, pp. 13726-13740. doi: 10.3390/en81212384.
11.  Hollaus K., Hannukainen A., Schöberl J. Two-scale homogenization of the nonlinear eddy current problem with FEM. IEEE Transactions on Magnetics, 2014, vol.50, no.2, pp. 413-416. doi: 10.1109/TMAG.2013.2282334.




Copyright (c) 2019 O. V. Makarchuk, Dariush Całus, V. I. Moroz, Zbignew Gałuszkiewicz, Patryk Gałuszkiewicz


This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

ISSN 2074–272X (Print)
ІSSN 2309–3404 (Online)