直流偏置均质谐波平衡有限元方法

《IEEE Transactions on Magnetics》：DC-Biased Homogenized Harmonic Balance Finite Element Method

　　

摘要：

均质化谐波平衡有限元（FE）方法通过将谐波平衡方法与基于频域的均质化技术相结合，实现了对具有层压结构的3D设备的高效非线性涡流模拟。这种方法避免了涡流场问题中耗时的时间步进过程，并允许使用相对粗糙的FE网格，而无需详细解析各个层压层。在本文中，我们将该方法扩展到能够处理带有直流偏置的激励信号。为此，我们对原始的均质化技术进行了改进，以更好地考虑铁磁饱和效应。所获得的均质化磁阻率公式是通过查阅表来计算的，该查阅表基于对层压结构的一维FE模拟结果，其中包含了层压结构中的平均磁通密度和相应的趋肤深度。我们将所提出方法的结果与精细网格瞬态参考模拟的结果进行了比较。测试涵盖了不同的铁磁饱和程度以及50 Hz到10 kHz之间的频率范围。对于中等程度的铁磁饱和，该方法能够很好地近似涡流损耗和磁能，相对误差低于10%；同时，在10 kHz频率下，所需的自由度数量减少了1.5个数量级。这使得模拟时间从在当前服务器上需要2天缩短到了在标准工作站上仅需90分钟。