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电机、变压器等大型电工产品的设计与性能分析通常会涉及电、磁、热、力等多物理场耦合计算，计算过程中需要描述电工设备所用各种电工材料的电磁性能，通过实验方法测得的电磁性能数据的准确与否直接关系到数据分析结果的精确性和有效性。目前，国内外学者对电工钢片的饱和磁感应强度、磁导率、比损耗、剩磁、矫顽力等电磁特征参数的温度依赖性以及电工钢片制作工艺过程中温度对磁特性的影响做了大量研究。
国内外学者对温度场分析也做了大量研究。然而大多数研究在进行磁热耦合计算时往往采用单向耦合方法，即先进行磁场的仿真计算得到损耗，再将损耗值作为温度场计算的热源求解温升分布，这种传统耦合方法忽略了铁磁材料电磁特性的温度效应。在电工设备的磁热联合仿真中，电工钢片的磁导率及损耗特性与工作温度密切相关，反过来又会影响变压器或电机铁心的温升分布。所以，磁场和温度场分析相互影响，需要耦合计算。
沈阳工业大学的杜玉峰、张艳丽、任自艳在《电气工程学报》第1期发表了《考虑电工钢片磁特性温度效应的磁热迭代耦合仿真》一文，测量并分析了温度对电工钢片磁导率与损耗的影响，研究了考虑电工钢片磁特性温度效应的磁热迭代耦合计算方法，讨论了考虑电工钢片磁特性温度效应对电工设备电磁、热场耦合仿真计算结果的影响。
重要结论
本文重点研究了环境温度以及励磁频率对电工钢片磁特性的影响。基于一台单片电工钢片磁特性测量仪，测量了电工钢片磁导率以及损耗随温度变化的曲线，研究了一种考虑电工钢片磁特性温度效应的电工设备温度场分析的磁热迭代耦合方法，并将测得的特性曲线通过迭代耦合方法仿真分析了一台永磁直流电机铁心温度场。得到如下结论：
(1) 测量数据表明：铁磁材料电工钢片的磁特性随着温度和励磁频率的变化会相应发生变化。随着温度的升高，磁导率变小，样片越来越难磁化，样片接近饱和时，这种情况更加显着；随着励磁频率的增加，磁导率同样减小。随着温度的升高，电工钢片比损耗减少，励磁频率的增加，同样使比损耗降低。
(2) 通过将传统仿真计算与迭代耦合仿真计算结果作对比，发现电机铁心最热点温度明显降低。对电机、变压器等电工产品进行温度场分析时，考虑电工钢片磁特性的温度效应是有必要的，磁热迭代耦合计算可以更为合理、有效地分析电工产品的温升问题，使分析计算结果更接近电机运行的实际情况。
工钢片磁特性温度效应测量装置实物图
热迭代耦合流程图
电机仿真二维模型
1—定子铁心 2—绕组 3—永磁体 4—转子铁心 5—气隙
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引用本文
杜玉峰，张艳丽，任自艳. 考虑电工钢片磁特性温度效应的磁热迭代耦合仿真[J]. 电气工程学报, , 14(1)：30-34.
DU Yufeng, ZHANG Yanli, REN Ziyan. Iterative Coupling Simulation of Magnetic and Thermal Field Considering Temperature Effect of Magnetic Properties in the Electrical Steel Sheet [J]. Journal of Electrical Engineering, , 14(1)：35-40.
作者简介
杜玉峰，男，1989年生，硕士研究生，主要研究方向为电工设备电磁热耦合技术。
张艳丽，女，1975年生，教授，博士生导师，主要研究方向为工程电磁与新型材料应用技术。
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