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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔡嘉耘
研究生(外文):Chia-Yun Tsai
論文名稱:矽鋼片渦電流分佈與探針技術之模擬
論文名稱(外文):Comparison of Simulation Results with Experiment Needle Probe Eddy Current Measurements
指導教授:顏家鈺顏家鈺引用關係
指導教授(外文):Chia-Yu Yen
口試委員:王富正陳炳煇
口試委員(外文):Fu-Cheng WangPing-Hei Chen
口試日期:2015-07-02
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:機械工程學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:ANSYS Maxwell渦電流鐵損探針量測
外文關鍵詞:ANSYS MaxwellEddy currentCore lossNeedle probe measurement
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電磁鋼片在電機機械設備中占極高比例,提高電磁鋼片整體效能提升並降低成本、鐵損一直以來都為此大家所想改善目標,此篇論文目的為探討矽鋼片(電磁鋼片)之模擬,希望能借此對於改善目標有些許幫助。一般常見到的馬達、變壓器以及發電機等電機機械設備的工作原理,就是利用電磁鋼片與線圈所構成的導磁迴路,把電能轉換為機械能,或是反向將機械能轉換為電能。
鐵損值是電磁鋼片非常重要的品質管制項目,而馬達鐵芯(電磁鋼片)在製作過程中,必須經過沖壓或切割的製程,因此在加工過程中必定會產生殘留應力,進而影響導磁率造成鐵損增加。所以,如何選用適當的加工方法有其研究的必要性,而為了量測加工後的馬達鐵芯電磁鋼片,必須有一套可靠的量測方法,故鐵損量測方法是本研究的主要目的。
此研究分為實作與模擬兩部分,在此探討的大部分是模擬;利用ANSYS Maxwell來進行模擬與分析電磁鋼片在不同狀態下的電流、磁場、強度差異。不同狀態包含:電磁鋼片上鑽孔、孔徑大小與數量多寡,電磁鋼片與激磁設備尺寸上比例改變、電磁鋼片厚度改變、電磁鋼片型狀改變等。第一部分:先建立一個長方型激磁模型並用探針來模擬實作,並給交流電、頻率大小(60Hz)、電流流入大小(500A)。材料性質選擇上,探針的模型設計為兩端模擬銅針,跨接鋁柱(模擬電阻),其目的為從鋁柱推算端電壓,而後與模擬出的磁通量密度做比較,驗證目前所使用的計算公式,同時與實作方面所架設出的探針量測系統做為比較。第二部分:模擬環形電磁鋼片為主,並使其激磁,較為市面上所常見馬達中之形式。
此外在實作上的量測設備的運作流程為:使用變頻器驅動激磁線圈,此時產生旋轉磁場通過試片,並在試片內部產生渦電流,將渦電流用探針原理量測其電位差,經過差動放大器放大後,儲存在示波器上的波形,即可經由電腦積分計算出磁通量密度B。預計在此研究中,可把大量的模擬與實作做比較,找出可改善材料性質的方法。


Abstract
This paper investigates the effects of eddy current in the silicon steel. The eddy current constitutes a major portion of the core loss in the transformer and the motor operation. It is desirable for the designers to understand the amount and the distribution of the eddy current within a silicon steel under operation. Eddy current is also known to be very hard to measure. This paper first investigates the eddy current distribution using ANSYS simulation. The simulations enable us to study the effect of holes drilled through the silicon steel test specimen. The research further measures the eddy current using the needle probe approach. The measured current is compared with the magnetic flux measured off an Asymmetric Magnetic Resistive sensor to compute the local hysteresis loop.


摘要 2
Abstract 3
誌謝 4
目錄 5
第一章 7
緒論 7
1-1引言 7
1-2 研究動機 8
第二章 10
鐵損 10
2-1 鐵損 10
2-2 鐵損計算 13
第三章 16
量測介紹 16
3-1 量測方式 16
3-2 Needle probe量測原理 18
3-3激磁量測設備 21
第四章 23
模擬介紹 23
4-1 電磁模擬分析 23
4-2 ANSYS 模擬軟體 24
4-2-1電磁鋼片孔洞大小與H、B、J相關性 25
4-2-2電磁鋼片鑽孔與孔洞材質之H、B、J相關性 28
4-3 電磁鋼片與電阻影響 30
4-3-1使用向量表示感應電流流向(J)變化 大小(8e6~0) 31
4-3-2改變試片厚度,觀察感應電流流向(J)變化 大小(8e6~0) 34
4-4 電磁鋼片與激磁設備尺寸改變之相對性 42
第五章 計算與比較 47
5-1 計算正方型柱狀probe的電阻之電流大小 48
5-2 計算圓柱體狀probe的電阻之電流大小 49
5-3 實作量測大小與模擬比較 52
5-3-1 模擬與實作 52
5-3-2 使用ANSYS Maxwell 計算電阻上之電流值 57
5-4 差異探討 63
第六章 67
結論與未來展望 67
參考文獻 68
論文發表 70


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