一个多电平逆变电感损耗计算与仿真的例子
电感参数：
磁芯：ee55，3c95，中柱3mm气隙
绕组：0.1mm*800*1 膜包线，中柱8匝，单股线绕
电感量：30uh
拓扑为anpc-9level
相关波形计算如下，理想条件，理想波形
电感电压
电感纹波电流
逆变相电压
逆变线电压
一，电感量计算
磁阻法计算电感量
1，中柱1段气隙
2，中柱4段气隙
3，中柱及边柱均有气隙
二，绕组损耗计算
采用平方场微分的方法，以中柱一段气隙为例
绕组分布位置，绕一层，外部空间较大
电流激励，采用仿真电感电流波形，包络形状与理想波形有较大差异，对应工频成分有一些畸变，开关成分与计算结果还是很好吻合的。
绕组损耗计算值1.68w
三，gecko仿真
磁芯尺寸
绕组参数设置，litz圆线，0.1mm*800*1，每匝线总截面直径4mm
激励输入，同样以仿真电感电流波形作为输入激励
1，中柱1段气隙
损耗结果，绕组高频损耗是0
2，中柱4段气隙
损耗结果，绕组高频损耗是0
3，中柱及边柱均有气隙
损耗结果，绕组高频损耗是0
从如上结果来看，逆变电感这类，工频电流上叠加小纹波高频电流的激励，带来的绕组损耗中是以工频电流损耗为主要部分，高频小纹波电流带来的绕组损耗所占比例较小。这与实际使用中，当开关频率在数十khz等级，pfc/inverter电感多使用实心粗铜线/扁平线作为绕组是一致的。
如果开关频率更高，比如达到上百khz及以上，这时候小纹波电流带来的绕组损耗所占比例对应提高，使用litz线绕组对损耗的降低将是明显的。
四，maxwell静磁场仿真
磁芯尺寸如下，以中柱一段气隙为例，静磁场仅支持线性磁芯材料。绕组为铜绕组，静磁场不支持litz材料
截面网格，设置气隙表面网格尺寸0.3mm
绕组网格，设置绕组表面网格尺寸0.2mm
如上网格设置，静磁场几分钟就迭代到1%误差内，共3次迭代
电感量仿真值25.94uh
磁芯中磁感应强度矢量图
五，maxwell涡流场仿真
涡流场是正弦激励，可设置正弦激励的幅值及频率，可得到电感量、磁芯损耗、绕组损耗等相关输出量。涡流场支持litz模型及非线性磁芯模型，这里做对应设置。
绕组涡流效应不勾选，因为选用了litz绕组模型
磁芯损耗勾选
1，磁芯选择pc95_100_bh，后缀bh是指实际bh曲线，非线性
涡流场比静态场耗时稍长，不到5分钟就收敛到1%误差内，
设置了频率扫描，50hz~64khz，共6个点，这样结果可以曲线的形式输出，横轴为激励频率
在设置频率范围内，电感量随频率变化不大，26.01uh，与静磁场结果基本一样
lr矩阵参数电阻
磁芯损耗
绕组损耗，绕组损耗结果与预期不符 -- 这里得到不同频率下绕组损耗是一样的，而且strandedlossac为0
场图结果，64khz/0度，绕组截面电流密度分布
场图结果，64khz/0度，整个绕组电流密度分布
场图结果，64khz/0度，整个磁芯磁感应强度幅度分布，边沿位置磁感应强度最大
2，磁芯选择pc95_100，无后缀bh，是指线性材料
作为对比，将磁芯设置成线性材料，结果如下
在50hz~64khz频率范围内，电感量随频率变化仍然不大，电感量稍小一些，为25.88uh
lr矩阵参数电阻
磁芯损耗
绕组损耗结果同样与预期不符 -- 这里得到不同频率下绕组损耗是一样的，而且strandedlossac为0
场图结果，64khz/0度，绕组截面电流密度分布，和非线性磁芯材料结果差异不大
场图结果，64khz/0度，整个绕组电流密度分布，与非线性磁芯结果无明显差异
场图结果，64khz/0度，整个磁芯磁感应强度幅度分布，边沿位置磁感应强度最大
六，maxwell瞬态场仿真
电流激励采用仿真数据导入的方式，注意修改数据单位
网格映射到静磁场，不再重新剖分网格
这里选择非线性的pc95_100_bh材料
仿真时间40ms，两个工频周期。初始设置每个开关周期20个点，1ms用时约1h45min，预估40ms共耗费70小时。实际上电感的工频时间仿真速度并不慢，只是选择非线性磁芯材料，比线性磁芯材料明显变慢。
调整到每个开关周期8个点，40ms共耗时约30小时，产生73g数据，得到最终的瞬态结果。
输入电流激励
输出电感电压
磁芯损耗
绕组损耗，strandedlossac是绕组总损耗，strandedloss是直流电阻损耗，二者差值为绕组高频损耗
上图波峰处展开，strandlossac比strandedloss稍大一点点，说明绕组高频损耗很小。
数据后处理，得到工频周期平均损耗
磁芯损耗17.5mw
绕组总损耗1.49w
绕组直流电阻损耗1.44w，绕组高频损耗50mw，此例可见绕组采用litz线，电流激励为工频叠加高频纹波时，绕组高频损耗占比是很小的
场图分布，如下为电流工频波峰处场图
整个磁芯，磁感应强度矢量
整个磁芯，磁场强度矢量
磁芯截面，磁感应强度矢量
磁芯截面，磁场强度矢量
磁感应强度幅度分布
绕组截面电流密度，每股线电流均匀分布。由于小纹波的缘故，高频效应很小，这与绕高频损耗占比很小是一致的。
绕组截面电流密度，电流工频过0处，每股线电流仍是均匀分布而且几乎是0。通常来讲，正弦电流过零处，电流斜率最大，此刻绕组高频效应是最大的（可见五中涡流场电流密度分布）。此例没有这个现象，同样是因为小纹波的缘故，高频效应很小。
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电感电压
电感纹波电流
逆变相电压
逆变线电压
一，电感量计算
磁阻法计算电感量
1，中柱1段气隙
2，中柱4段气隙
3，中柱及边柱均有气隙
二，绕组损耗计算
采用平方场微分的方法，以中柱一段气隙为例
绕组分布位置，绕一层，外部空间较大
电流激励，采用仿真电感电流波形，包络形状与理想波形有较大差异，对应工频成分有一些畸变，开关成分与计算结果还是很好吻合的。
绕组损耗计算值1.68w
三，gecko仿真
磁芯尺寸
绕组参数设置，litz圆线，0.1mm*800*1，每匝线总截面直径4mm
激励输入，同样以仿真电感电流波形作为输入激励
1，中柱1段气隙
损耗结果，绕组高频损耗是0
2，中柱4段气隙
损耗结果，绕组高频损耗是0
3，中柱及边柱均有气隙
损耗结果，绕组高频损耗是0
从如上结果来看，逆变电感这类，工频电流上叠加小纹波高频电流的激励，带来的绕组损耗中是以工频电流损耗为主要部分，高频小纹波电流带来的绕组损耗所占比例较小。这与实际使用中，当开关频率在数十khz等级，pfc/inverter电感多使用实心粗铜线/扁平线作为绕组是一致的。
如果开关频率更高，比如达到上百khz及以上，这时候小纹波电流带来的绕组损耗所占比例对应提高，使用litz线绕组对损耗的降低将是明显的。
四，maxwell静磁场仿真
磁芯尺寸如下，以中柱一段气隙为例，静磁场仅支持线性磁芯材料。绕组为铜绕组，静磁场不支持litz材料
截面网格，设置气隙表面网格尺寸0.3mm
绕组网格，设置绕组表面网格尺寸0.2mm
如上网格设置，静磁场几分钟就迭代到1%误差内，共3次迭代
电感量仿真值25.94uh
磁芯中磁感应强度矢量图
五，maxwell涡流场仿真
涡流场是正弦激励，可设置正弦激励的幅值及频率，可得到电感量、磁芯损耗、绕组损耗等相关输出量。涡流场支持litz模型及非线性磁芯模型，这里做对应设置。
绕组涡流效应不勾选，因为选用了litz绕组模型
磁芯损耗勾选
1，磁芯选择pc95_100_bh，后缀bh是指实际bh曲线，非线性
涡流场比静态场耗时稍长，不到5分钟就收敛到1%误差内，
设置了频率扫描，50hz~64khz，共6个点，这样结果可以曲线的形式输出，横轴为激励频率
在设置频率范围内，电感量随频率变化不大，26.01uh，与静磁场结果基本一样
lr矩阵参数电阻
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绕组损耗，绕组损耗结果与预期不符 -- 这里得到不同频率下绕组损耗是一样的，而且strandedlossac为0
场图结果，64khz/0度，绕组截面电流密度分布
场图结果，64khz/0度，整个绕组电流密度分布
场图结果，64khz/0度，整个磁芯磁感应强度幅度分布，边沿位置磁感应强度最大
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lr矩阵参数电阻
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绕组损耗结果同样与预期不符 -- 这里得到不同频率下绕组损耗是一样的，而且strandedlossac为0
场图结果，64khz/0度，绕组截面电流密度分布，和非线性磁芯材料结果差异不大
场图结果，64khz/0度，整个绕组电流密度分布，与非线性磁芯结果无明显差异
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上图波峰处展开，strandlossac比strandedloss稍大一点点，说明绕组高频损耗很小。
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场图分布，如下为电流工频波峰处场图
整个磁芯，磁感应强度矢量
整个磁芯，磁场强度矢量
磁芯截面，磁感应强度矢量
磁芯截面，磁场强度矢量
磁感应强度幅度分布
绕组截面电流密度，每股线电流均匀分布。由于小纹波的缘故，高频效应很小，这与绕高频损耗占比很小是一致的。
绕组截面电流密度，电流工频过0处，每股线电流仍是均匀分布而且几乎是0。通常来讲，正弦电流过零处，电流斜率最大，此刻绕组高频效应是最大的（可见五中涡流场电流密度分布）。此例没有这个现象，同样是因为小纹波的缘故，高频效应很小。
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